A61N2005/1085—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy characterised by the type of particles applied to the patient

A61N2005/1087—Ions; Protons

Description

Translated from Japanese

本発明は、陽子及び炭素イオン等のイオンビームを照射装置から出射させる荷電粒子ビーム出射装置及び荷電粒子ビーム出射方法に関する。 The present invention relates to a charged particle beam extraction system and a charged particle beam extraction method to emit a proton and ion beams such carbon ions from the irradiation device.

癌などの患者の患部に陽子及び炭素イオン等のイオンビームを照射する治療方法が知られている。 Treatment method of irradiating ion beam of protons or carbon ions to the affected area of ​​the patient, such as cancer are known.この治療に用いる粒子線治療装置は、イオンビーム発生装置、ビーム輸送系、及び例えば回転式の照射装置を備えている。 Particle beam therapy system used for this treatment, the ion beam generator, a beam transport system, and for example, a rotary irradiation device.イオンビーム発生装置で加速されたイオンビームは、第１ビーム輸送系を経て照射装置に達し、照射装置に備えられた第２ビーム輸送系を通って照射ノズルから患者の患部に照射される。 Ion beam accelerated by the ion beam generator reaches the irradiation apparatus through a first beam transport system, and is irradiated from the irradiation nozzle to the affected part of the patient through the second beam transport system provided in the illumination device.イオンビーム発生装置としては、イオンビームを周回軌道に沿って周回させる手段、共鳴の安定限界の外側でイオンビームのベータトロン振動を共鳴状態にする手段、及びイオンビームを周回軌道から取り出す出射用デフレクタを備えた円形加速器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。 The ion beam generator, means for circulating along the orbit of the ion beam, means for the betatron oscillation of the ion beam outside the stability limit of the resonance resonance state, and extraction deflector for taking out from the orbit of the ion beam the circular accelerator is known which includes (e.g., see Patent Document 1.).

一方、イオンビームを用いた治療において、例えば陽子ビームの照射では、陽子が停止するに至ったときに陽子エネルギーの大部分が放出される（＝ブラッグピーク）という特性を利用し、陽子ビームのエネルギーを選択することで陽子を患部近傍で停止させてエネルギー（吸収線量)の大部分を患部の細胞にのみ与えるよう図られる。 On the other hand, in treatment with an ion beam, for example, proton irradiation of the beam, using the characteristic that most of the proton energy is released (= Bragg peak) when reaching the protons stop, proton beam energy the is stopped at the affected area near the protons by selecting be achieved to provide the majority of the energy (absorbed dose) to the affected part of the cells only.

ここで、通常、患部は臓器に存在することから、患者体内奥行き方向（すなわちビームの進行方向）にある程度の厚みをもっている。 Here, typically, the affected area from that present in the organ, have a certain thickness in the patient depth direction (i.e. the traveling direction of the beam).このような患部の厚み方向寸法全域にわたってイオンビームを効果的に照射するには、厚み方向にある程度広いフラットな吸収線量範囲（拡大ブラッグピーク(spread-out Bragg peak)。以下、ＳＯＢＰと記載する。）を備えるように、イオンビームを制御しなければならない。 Thus effectively irradiate the ion beam through the thickness dimension throughout the affected part, somewhat broad flat absorbed dose range in the thickness direction (spread-out Bragg peak (spread-out Bragg peak). Hereinafter referred to as SOBP. ) as comprising a, it must be controlled ion beam.

このような観点から、従来、段階的に厚みが増大又は減少する分布を備えた形状の構造物をビームの進行方向と垂直な方向に周期的に配置することで、ビームの入射位置に応じてビームが通過する厚さを変更するリッジフィルタが既に提唱されている（例えば、非特許文献１参照。）。 From this point of view, conventional, by stepwise the thickness is periodically arranged structures of shape with increasing or decreasing distribution in the traveling direction perpendicular to the direction of the beam, in accordance with the incident position of the beam ridge filter to change the thickness through which the beam passes has already been proposed (e.g., see non-Patent Document 1.).このリッジフィルタをビームが通過すると、構造物と構造物の間をイオンビームが通過したときにビームエネルギーは減衰することなく通過するためブラッグピークが体内深くにて生じ、構造物のうち薄い段部を通過したときはビームエネルギーが若干減衰されてブラッグピークが体内中央部にて生じ、構造物のうち厚い段部を通過したときはビームエネルギーが大きく減衰されてブラッグピークが体表面近くの浅い部分で生じる。 When the ridge filter beam passes, resulting Bragg peaks at deeper body for the beam energy when between the structure and the structure is ion beam passes through without attenuation, thin stepped portion of the structure when passing through the beam energy is somewhat attenuated resulting Bragg peaks in the body central portion, the shallow portion near the Bragg peak is the body surface is greatly attenuated beam energy when passing through a thick stepped portion of the structure It occurs in.このように、異なる体内深さのブラッグピークが照射される結果、体表面近くから体内深くまでに至る比較的広いＳＯＢＰを得ることができる。 Thus, the results Bragg peaks of different body depth is irradiated, it is possible to obtain a relatively wide SOBP extending from near the body surface to the deep body.

また、ＳＯＢＰを得る別の手段として周回方向に段階的に厚みが増大又は減少する分布を備えた羽根を複数枚有するレンジモジュレーションホイール（以下、ＲＭＷという）が既に提唱されている（例えば、非特許文献２参照。）。 Another means as the rotating direction in stages to range modulation wheel having a plurality of blades having a an increase or decrease distributed thickness (hereinafter, referred RMW) to obtain the SOBP has already been proposed (for example, Non-patent Document 2 reference.).このＲＭＷをイオンビームの進路に設けてイオンビームの進行方向に垂直な面内で回転させると、羽根と羽根の間をイオンビームが通過したときはビームエネルギーは減衰することなく通過するためブラッグピークが体内深くにて生じ、羽根のうち薄い段部を通過したときはビームエネルギーが若干減衰されてブラッグピークが体内中央部にて生じ、羽根のうち厚い段部を通過したときはビームエネルギーが大きく減衰されてブラッグピークが体表面近くの浅い部分で生じる。 When the RMW the provided path of the ion beam is rotated in a plane perpendicular to the traveling direction of the ion beam, the Bragg peak to pass without when between the blade and the blade has an ion beam passes through the beam energy is attenuated There occurs in deep body, when passing through the thin stepped portion of the vane resulting Bragg peak beam energy is slightly attenuated in the body central portion, it increases the beam energy when passing through a thick stepped portion of the blade Bragg peaks are attenuated occurs in shallow portion near the body surface.ＲＭＷの回転によりこのようなブラッグピーク位置の変動が周期的に行われる結果、時間積分で見ると、体表面近くから体内深くまでに至る比較的広いＳＯＢＰを得ることができる。 RMW rotation as a result the fluctuation of such Bragg peak position is performed periodically, and when viewed in time integral, it is possible to obtain a relatively wide SOBP extending from near the body surface to the deep body.

一方、患部形状に対する線量分布の一致性を向上し周辺臓器への不要線量を極力低減する照射方式のひとつとして、ペンシル状の小径ビームを患部形状に合わせて走査するペンシルビームスキャニング方式がある。 On the other hand, as one of the illumination system which minimized the required dose to surrounding organs to improve the consistency of the dose distribution for the diseased part shape, there is a pencil beam scanning method for scanning together pencil-like small-diameter beam affected part.この照射方式において、照射領域を微小なターゲット（以下、スポットという）に分割し、そのスポットに予め定められた線量を照射したらビームを停止し、次のスポットへの照射準備が整い次第照射を開始し、そのスポットでの規定線量に達したらビームを停止し、再び次のスポットへの照射準備を行うという照射方式が提案されている（例えば、特許文献２参照。）この場合、深さ方向の制御は、円形加速器を用いる場合には目標エネルギーの設定を順次変更することにより行う。 In this irradiation method, microscopic target (hereinafter, referred to as spot) irradiated area is divided into, stop beam After irradiating a predetermined dose to the spot, starting as soon as irradiation're irradiation preparation for the next spot and to stop the beam reaches the prescribed dose at the spot, again irradiated system has been proposed that performs irradiation preparation for the next spot (for example, see Patent Document 2.) in this case, the depth direction control is performed by sequentially changing the setting of the target energy in the case of using a circular accelerator.すなわち、患部を深さ方向に複数の層に分け、各層における全てのスポットの照射が終了したら円形加速器の目標エネルギー設定を変更し、層を移動する。 In other words, divided into a plurality of layers of the affected part in the depth direction, the irradiation of all the spots to change the target energy settings circular accelerator When finished in each layer, to move the layers.同一層内においては、同一エネルギーでビームの照射・停止を繰り返して各スポットの照射を順次行う。 In the same layer, sequentially performs irradiation of each spot by repeating the irradiation and stop of the beam at the same energy.

本願発明者のうちの一部が関与してなされた発明、すなわち、ＲＭＷが回転しているときに、シンクロトロンからのイオンビームの出射をＯＮ／ＯＦＦ制御する荷電粒子ビーム出射装置の発明が出願されている。 Invention a part of the present inventors has been made responsible, i.e., when the RMW is rotating, the invention of the charged particle beam extraction system for ON / OFF control of the extraction of the ion beam from the synchrotron is filed It is.その発明では、ＲＭＷを回転させつつ、例えば比較的長い時間、すなわちＲＭＷの広い回転角度の範囲にわたってイオンビームを通過させるようにすればイオンビームの減衰度合いが大きく変動することからＳＯＢＰは広くなり、比較的短い時間すなわちＲＭＷの狭い回転角度の範囲にイオンビームを通過させるようにすればイオンビームの減衰度合いがあまり変動しないためＳＯＢＰは狭くなる。 In that invention, while rotating the RMW, e.g. SOBP widens from a relatively long time, i.e. the attenuation degree of the ion beam when to pass the ion beam over a wide range of rotation angle of RMW vary widely, SOBP is narrowed because if a narrow angle of rotation of the range of a relatively short time i.e. RMW to pass an ion beam attenuation degree of the ion beam does not vary much.このように、ＲＭＷの回転時にイオンビームの出射をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、１つのＲＭＷで多様なＳＯＢＰを得られるので、ＲＭＷの交換頻度を低減でき、多数の患者に対し、円滑に治療を行うことができる。 In this way, by controlling ON / OFF of the extraction of the ion beam during rotation of the RMW, so obtained various SOBP one RMW, it can be reduced frequency of replacement of the RMW, for a number of patients, smoothly treated It can be performed.

上記レンジモジュレーションホイールを用いて多様なＳＯＢＰを得る方法や、従来技術で述べたペンシルビームスキャニング方式は、前者は円滑な治療をもたらしスループットの高い治療装置を実現可能で、後者は線量集中性をより高めるという意味で照射精度の高い治療装置を実現可能であるため、イオンビームを用いた治療方法の高度化のために期待されている。 A method of obtaining various SOBP by using the range modulation wheel, the pencil beam scanning method described in the prior art, the former can achieve high therapeutic device throughput resulted in a smooth treatment, the latter more dose convergence since it is possible to realize a high irradiation accuracy treatment device in the sense of increasing and is expected for sophisticated methods of treatment using the ion beam.いずれの照射においてもイオンビームの照射・停止を繰り返す照射方法であり、例えば円形加速器においては安定境界内にある荷電粒子の振動振幅を増大させビームを出射させる高周波電磁界をオン／オフさせることで、オン期間はビーム照射、オフ期間は照射停止という制御が可能になることが知られている。 A radiation method of repeating the irradiation and stop of the ion beam at any of the irradiation, for example, in the circular accelerator that turns on / off the high-frequency electromagnetic field for emitting a beam to increase the oscillation amplitude of the charged particles within the stability boundary oN period is beam irradiation, the off period is known to be possible to control that irradiation stop.

ここで、円形加速器は、イオンを前段の加速器から入射する入射工程、入射したイオンを目標のエネルギーまで加速する加速工程、加速したイオンを照射装置に対して出射する出射工程、及び出射工程終了後にイオンを減速する減速工程からなる一定の運転パターンを周期的に繰り返すように運用される。 Here, the circular accelerator is incident step of entering the ions from the previous accelerator, acceleration step to accelerate the incident ions to the target energy, emission step of emitting against accelerated irradiation apparatus ions, and after emission process is completed certain driving pattern consisting deceleration step to decelerate the ions is operated to repeat periodically.したがって、イオンビームは上記パターン運転を繰り返す円形加速器から断続的に出射されることになる。 Therefore, the ion beam will be intermittently emitted from the circular accelerator to repeat the pattern operation.イオンビームの出射から次の出射に至るまでの時間間隔を運転周期と呼ぶ。 The time interval from the extraction of the ion beam until the next exit is called a operation cycle.このとき、特許文献１記載の従来の円形加速器では、運転周期が固定されており、その結果、１周期中における出射工程の時間も固定されていた。 In this case, in the conventional circular accelerator described in Patent Document 1, which is operation cycle are fixed, as a result, also have been fixed time of the emission process during one cycle.したがって、上記のＲＭＷを用いて多様なＳＯＢＰを得る方法やペンシルビームスキャニング方式のように出射工程中にビームの出射・停止を繰り返す照射を行った場合、１運転周期内に円形加速器から照射装置に出射されるイオンビームの量が出射工程中におけるビーム出射時間が占める比率に応じて減少することになり、患者に対する照射時間が長くなる。 Therefore, when performing irradiation to repeat the emission and stop of the beam during the extraction step as methods and pencil beam scanning method to obtain various SOBP by using the above RMW, the irradiation device from the circular accelerator 1 operating cycle will be the amount of the ion beam extracted is reduced in accordance with the ratio occupied by the beam extraction time in the emission process, the longer the irradiation time for the patient.その結果、単位時間当りの治療患者数が減少する。 As a result, the treatment number of patients per unit time decreases.

本発明の目的は、照射時間を短縮し、単位時間当りの治療患者数を増加することができる荷電粒子ビーム出射装置及び荷電粒子ビーム出射方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a charged particle beam extraction system and a charged particle beam extraction method that can shorten the irradiation time, increasing the number of patients treated per unit time.

上記した目的を達成する本発明の特徴は、荷電粒子ビームの入射、加速及び出射工程を含むパターン運転を周期的に行う加速器から出射された荷電粒子ビームを照射装置から出射させる際に、加速器の出射工程中に出射停止が少なくとも１回行われる場合に、 Feature of the present invention to achieve the above object, when to emit incident charged particle beam, the acceleration and the charged particle beam extracted pattern operation including the emission process from the accelerator to perform periodically from the irradiation device, accelerator when the beam extraction stop during the extraction step is performed at least once,加速器の出射工程中における出射時間と出射停止時間との比率に基づき、前記パターン運転の １周期内に加速器から出射される荷電粒子ビームの量が設定量となるように制御することにある。Based on the ratio of the accelerator exit time and the extraction stop time during emission process, the amount of the charged particle beam extracted from the accelerator in one cycle of the pattern operation is to control so as to set quantitative.これにより、レンジモジュレーションホイールを用いて多様なＳＯＢＰを得る方法やペンシルビームスキャニングのように出射工程中にビームの出射及び出射停止が繰り返し行われる場合においても、１周期内に照射装置から出射されるビーム量が減少することがない。 Thus, when the outgoing and extraction stop of the beam during the extraction step as methods and pencil beam scanning to obtain various SOBP with range modulation wheel is repeated is also emitted from the irradiation device in one cycle beam quantity is not reduced.したがって、患者に対する照射時間を短縮でき、単位時間当りの治療患者数を増加することができる。 Therefore, it is possible to shorten the irradiation time to the patient, it is possible to increase the number of patients treated per unit time.

好ましくは、加速器の出射工程の時間を変更することにより、１周期内に加速器から出射される荷電粒子ビームの量が設定量となるようにするとよい。 Preferably, by changing the time of the accelerator emitting step may be to make the amount of the charged particle beam extracted from the accelerator in one cycle is set quantified.

また好ましくは、加速器から出射される荷電粒子ビームの強度を変更することにより、１周期内に加速器から出射される荷電粒子ビームの量が設定量となるようにするとよい。 Also preferably, by changing the intensity of the charged particle beam extracted from the accelerator, may be like the amount of the charged particle beam extracted from the accelerator in one cycle is set quantified.

本発明によれば、照射時間を短縮し、単位時間当りの治療患者数を増加することができる。 According to the present invention, it is possible to shorten the irradiation time, increasing the number of patients treated per unit time.

以下、本発明の荷電粒子ビーム出射装置及び荷電粒子ビーム出射方法の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment of the charged particle beam extraction system and a charged particle beam extraction method of the present invention with reference to accompanying drawings.

（実施形態１） (Embodiment 1)本発明の好適な一実施形態である粒子線出射装置を、図１を用いて説明する。 It is a preferred embodiment the particle beam emitting device of the present invention will be described with reference to FIG.本実施形態の粒子線出射装置は、イオンビーム発生装置１と、イオンビーム発生装置１の下流側に接続されたビーム輸送系２とを有している。 Particle beam extraction system of this embodiment, the ion beam generator 1, and a beam transport system 2 connected to the downstream side of the ion beam generator 1.

イオンビーム発生装置１は、イオン源（図示せず）、前段イオンビーム発生装置３及びシンクロトロン（加速器）４を有する。 Ion beam generator 1 includes an ion source (not shown), having a front ion beam generator 3 and the synchrotron (accelerator) 4.シンクロトロン４は、高周波印加装置５、及び加速装置６を有する。 Synchrotron 4 includes an RF knockout electrode 5, and the acceleration device 6.高周波印加装置５は、シンクロトロン４の周回軌道に配置された高周波印加電極７と高周波電源８とを開閉スイッチ９，１０にて接続した構成となっている。 RF knockout electrode 5 has a configuration in which connection between the RF applying electrode 7 and the high-frequency power source 8 disposed orbit of the synchrotron 4 by opening and closing switches 9 and 10.加速装置６は、その周回軌道に配置された高周波加速空胴（図示せず）、及び高周波加速空胴に高周波電力を印加する高周波電源（図示せず）を備える。 Accelerator 6 includes the disposed orbit the RF cavity (not shown), and a high-frequency power source for applying RF power to the RF cavity (not shown).イオン源で発生したイオン（例えば、陽子イオン（または炭素イオン））は前段イオンビーム発生装置（例えば直線イオンビーム発生装置）３で加速される。 Ions generated in the ion source (e.g., proton ions (or carbon ions)) are accelerated by the pre-stage ion beam generator (e.g., linear ion beam generator) 3.前段イオンビーム発生装置３から出射されたイオンビームはシンクロトロン４に入射される。 Ion beam emitted from the pre-stage ion beam generator 3 enters the synchrotron 4.荷電粒子ビームであるそのイオンビームは、シンクロトロン４で、高周波電源から高周波加速空胴を経てイオンビームに印加される高周波電力によってエネルギーを与えられて加速される。 As the ion beam is a charged particle beam, synchrotron 4 are accelerated energized by RF power applied from the high frequency power supply to the ion beam through the RF cavity.シンクロトロン４内を周回するイオンビームのエネルギーが設定されたエネルギー（例えば６０〜２５０ＭｅＶ）までに高められた後、高周波電源８からの出射用の高周波が、閉じられた開閉スイッチ９，１０を経て高周波印加電極７に達し、高周波印加電極７よりイオンビームに印加される。 After energy of the ion beam circulating in the synchrotron 4 has been increased up to the set energy (e.g. 60～250MeV), a high frequency for emission from the high-frequency power source 8, through the opening and closing switch 9 closed reached powered electrode 7, it is applied to the ion beam from the RF knockout electrode 7.安定限界内で周回しているイオンビームは、この高周波の印加によって安定限界外に移行し、出射用デフレクタ１１を通ってシンクロトロン４から出射される。 Ion beam orbiting within the stability limit, the high frequency migrated outside the stability limit by the application, is extracted from the synchrotron 4 through the extraction deflector 11.イオンビームの出射の際には、シンクロトロン４に設けられた四極電磁石１２及び偏向電磁石１３に導かれる電流が電流設定値に保持され、安定限界もほぼ一定に保持されている。 Upon extraction of the ion beam, currents supplied to quadrupole magnets 12 and bending magnets 13 disposed in the synchrotron 4 are held at setting current values, the stability limit is also held substantially constant.開閉スイッチ９又は１０を開いて高周波印加電極７への高周波電力の印加を停止することによって、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止されるようになっている。 By stopping the application of RF power to the RF knockout electrode 7 by opening the opening and closing switch 9 or 10, the extraction of the ion beam from the synchrotron 4 is adapted to be stopped.

イオンビーム発生装置１の運転制御は加速器制御装置６０によって行われる。 Operation control of the ion beam generator 1 is performed by the accelerator controller 60.この加速器制御装置６０は、シンクロトロン４の運転条件を記憶する加速器運転条件記憶部６１、及びシンクロトロン４の入射・加速・出射・減速の４つの工程からなるパターン運転のタイミングに関わる制御を行うタイミング制御装置６２を有している。 The accelerator controller 60 performs control related to the timing of the pattern operation consisting of four steps of incidence, acceleration and emission and deceleration of the accelerator operation parameter storage unit 61, and a synchrotron 4 stores operating conditions of the synchrotron 4 and a timing controller 62.照射制御装置７０から与えられる照射条件に対応した加速器の運転条件は予め計算や実験によって定められており、加速器制御装置６０はその運転条件を加速器運転条件記憶部６１から呼び出して各機器の設定を行う。 Operating conditions of the accelerator that corresponds to the illumination condition given from the irradiation control unit 70 is determined in advance by calculation or experiment, the accelerator controller 60 settings for each device by calling its operation condition from the accelerator operation parameter storage unit 61 do.

シンクロトロン４から出射されたイオンビームは、ビーム輸送系２を経て下流側に輸送される。 The ion beam extracted from the synchrotron 4 is transported to the downstream side through the beam transport system 2.ビーム輸送系２は、四極電磁石１４及び偏向電磁石１５と、治療室内に配置された照射装置１６に連絡されるビーム経路１７と、このビーム経路１７にビーム進行方向上流側より配置された四極電磁石１８，１８、偏向電磁石１９，２０とを備える。 The beam transport system 2, the quadrupole magnets 14 and bending magnets 15, and treatment beam path 17 which is contacted to the irradiation device 16 disposed in the chamber, the beam path 17 to the beam traveling direction upstream quadrupole magnet disposed from the side 18 , 18, and a bending magnet 19, 20.ビーム輸送系２へ導入されたイオンビームは、ビーム経路１７を通って照射装置１６へと輸送され、治療台２１に乗っている患者２２の患部に照射される。 Ion beam introduced to the beam transport system 2, is transported to the irradiation device 16 through the beam path 17, and is irradiated to the affected part of the patient 22 riding on the treatment table 21.偏向電磁石１５以降の機器は図中の回転軸を中心に患者の周りを回転し、様々な方向からイオンビームを照射可能とする回転ガントリー（図示せず）と呼ばれる装置上に設置されている。 Bending electromagnet 15 and subsequent equipment around the patient rotates around the rotation axis in the figure, is installed on a device called a rotating gantry that allows the ion beam from different directions (not shown).

本実施形態の照射装置１６では、散乱体（図示せず）による照射野拡大とレンジモジュレーションホイール（以下、ＲＭＷという）４０を用いた拡大ブラッグピーク形成により照射野を形成する。 In the irradiation device 16 of the present embodiment, the scatterers (not shown) irradiation field expansion and range modulation wheel (hereinafter, RMW hereinafter) by forming the irradiation field by the enlargement Bragg peak formation using 40.照射装置１６の内部には、線量モニタ３１（ひとつとは限らない）、ＲＭＷ４０などがビーム軸上に配置されている。 Inside the irradiation device 16, (not necessarily one) dose monitor 31, such as RMW40 is arranged on the beam axis.

ＲＭＷ４０の詳細構造を図２に示す。 The detailed structure of RMW40 shown in FIG.この図２に示すように、ＲＭＷ４０は、回転軸４３、この回転軸４３と同心円に配置された円筒部材４４、及び回転軸４３に取り付けられＲＭＷ４０の半径方向に伸びた複数の翼（本実施例では３枚）４５を有している。 As shown in FIG. 2, RMW 40 is rotating shaft 43, a plurality of blades extending radially of the attached RMW 40 to the rotary shaft 43 and the cylindrical member 44 disposed concentrically and the rotating shaft 43, (the embodiment in has three) 45.これらの翼４５はその周方向における幅が径方向外側に行くほど広くなるように（すなわち円筒部材４４側が回転軸４３側よりも広くなるように）形成されており、径方向外側の端部は円筒部材４４の内周面に取り付けられている。 These blades 45 are the peripheral so that the width in the direction becomes wider toward the radially outer side (i.e., as the cylindrical member 44 side is wider than the rotary shaft 43 side) is formed, the ends of the radially outer It is attached to the inner circumferential surface of the cylindrical member 44.また、ＲＭＷ４０の周方向における翼４５，４５間には、それぞれ開口４６が形成されている。 Further, between the wings 45 and 45 in the circumferential direction of the RMW40 are respectively opening 46 is formed.すなわち、１つのＲＭＷ４０には３枚の翼４５の相互間に形成された開口４６が３つ存在する。 That is, an opening 46 formed therebetween of three blades 45 are present three to one RMW 40.これら開口４６も周方向における幅が径方向外側に行くほど広くなるように形成されている。 These openings 46 are also formed so that the width in the circumferential direction becomes wider toward the radially outer side.

上記各翼４５は、ＲＭＷ４０の周方向において階段状に配置された複数の平面領域４７（すなわち平面領域４７は、例えば階段において足を乗せる平面に相当する。）を有しており、ビーム軸の方向におけるＲＭＷ４０の底面から各平面領域４７までの各厚みが異なっている（ＲＭＷ４０の底面から各平面領域４７までのレベルが異なる）。 Each blade 45 has a plurality of planar regions 47 (i.e. the plane area 47, for example, corresponds to the plane put their feet. In stairs) arranged stepwise in the circumferential direction of the RMW40 have, the beam axis each thickness is different to each plane area 47 from the bottom surface of RMW40 in the direction (the level from RMW40 of the bottom surface to the planar region 47 are different).ここでは、１つの平面領域４７の部分におけるその厚みを、平面領域部分の厚みという。 Here, the thickness of a portion of one planar area 47, that the plane area thickness.すなわち、翼４５は、周方向において翼４５の両側に位置する開口４６からビーム軸の方向における最も厚みの厚い翼頂部４５Ａに位置する平面領域４７に向かって各平面領域部分の厚みが増加するように形成されている。 In other words, wing 45 is such that the thickness of the most located in the thickness of the thick Tsubasaitadaki portion 45A toward the flat region 47 each plane area portions from an opening 46 located on both sides in the direction of the beam axis of the blade 45 is increased in the circumferential direction It is formed in.各平面領域４７は回転軸４３から円筒部材４４に向かって延びており、その周方向における幅も径方向外側に行くほど広くなっている。 Each plane area 47 is extended toward the cylindrical member 44 from the rotary shaft 43 is wider toward width radially outwardly in the circumferential direction.

このように構成されるＲＭＷ４０には回転角度（回転位相）を検出する角度計（図示せず）が設けられている。 Goniometer for detecting the rotational angle (rotational phase) (not shown) is provided in the thus constituted RMW 40.この角度計で検出されたＲＭＷ４０の回転角度は、照射制御装置７０の照射制御部７１に出力される。 Rotation angle of RMW40 detected by the angle meter is output to the illumination control unit 71 of the irradiation controller 70.

ここで、本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置では、ＲＭＷ４０の回転角度に応じてイオンビーム発生装置１からのイオンビームの出射のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、単一のＲＭＷ４０で複数のＳＯＢＰを得られるように図っている。 Here, in the charged particle beam extraction system of this embodiment, by controlling ON / OFF of the extraction of the ion beam from the ion beam generator 1 in accordance with the rotation angle of the RMW 40, the plurality with a single RMW 40 SOBP It is aimed to obtain the.以下、この詳細について説明する。 The following describes this in detail.

図３はＲＭＷ４０の上面図であり、３つのイオンビームの照射条件Ｄ，Ｅ，Ｆを例として示している。 Figure 3 is a top view of the RMW 40, it shows irradiation conditions D three ion beams, E, and F as an example.図４はこれらビーム照射条件Ｄ，Ｅ，Ｆを時系列で示した図であり、また図５はこれらビーム照射条件Ｄ，Ｅ，Ｆによって得られる線量分布を示す図である。 Figure 4 is a diagram showing the beams irradiation conditions D, E, and F in chronological, and FIG. 5 shows these beam irradiation conditions D, E, the dose distribution obtained by the F.

すなわち、開口部４６をイオンビームが通過したときにはビームエネルギーは減衰することなく通過するためブラッグピークが体内深くにて生じ、翼４５のうち平面領域部分の厚みが比較的薄い平面領域４７を通過したときはビームエネルギーが若干減衰されてブラッグピークが体内略中央部にて生じ、翼４５のうち平面領域部分の厚みが比較的厚い平面領域４７を通過したときはビームエネルギーが大きく減衰されてブラッグピークが体表面近くの浅い部分で生じる。 That is, when the opening 46 is an ion beam passes through the passes through the Bragg peak is produced at deeper body, a relatively thin planar region 47 the thickness of the planar region portion of the blade 45 to pass without beam energy is attenuated resulting Bragg peak beam energy is slightly attenuated in the body substantially central portion when the Bragg peak is largely attenuated beam energy when passing through the relatively thick planar region 47 the thickness of the planar region portion of the blade 45 There occurs in the shallow part of near the body surface.したがって、図３及び図４中照射条件Ｄに示すようにＲＭＷ４０の周方向全領域において常にイオンビームの照射がＯＮである場合には、ＲＭＷ４０の回転により上記のようなブラッグピーク位置の変動が周期的に行われる結果、時間積分で見ると、図５中線量分布Ｄのように体表面近くから体内深くまでに至る比較的広いＳＯＢＰが得られる。 Therefore, when the irradiation of the constantly ion beam in the circumferential direction all areas of RMW40 as shown in FIGS. 3 and 4 during the irradiation condition D is ON, periodic variation of the Bragg peak positions as described above by the rotation of RMW40 to result performed, when viewed in time integral, is relatively wide SOBP extending from near the body surface as shown in FIG. 5 in the dose distribution D deeper body obtained.

一方、図３及び図４中照射条件Ｅに示すように、各翼４５の厚みが比較的厚い平面領域４７（翼頂部４５Ａ付近）ではイオンビームの照射をＯＦＦとし、その他の周方向領域ではビーム照射ＯＮとする場合には、ビームエネルギーが大きく減衰され体表面近くの浅い部分で生じるブラッグピーク分布がなくなるため、図５中線量分布Ｅのように線量分布Ｄよりも狭いＳＯＢＰが得られる。 On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 4 during the irradiation condition E, and OFF irradiation of thickness is relatively thick planar region 47 (Tsubasaitadaki portion near 45A) in an ion beam of each wing 45, the other beam in the peripheral region when the irradiation oN, since the Bragg peak distribution beam energy occurs in shallow near greatly attenuated surface is eliminated, narrow SOBP can be obtained from dose distribution D as shown in FIG. 5 in the dose distribution E.

他方、図３及び図４中照射条件Ｆに示すように、開口４６及び各翼４５の厚みが比較的薄い平面領域４７にてイオンビームの照射をＯＮとし、その他の周方向領域ではビーム照射ＯＦＦとする場合には、ビームエネルギーの減衰量が少なく体内深くにて生じるブラッグピーク分布のみとなるため、図５中線量分布Ｆに示すように線量分布Ｅよりもさらに狭いＳＯＢＰが得られる。 On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 4 during the irradiation condition F, and ON the irradiation of the ion beam at the aperture 46 and the thickness is relatively thin planar region 47 of each wing 45, the beam irradiation OFF in the other peripheral region and when is only the Bragg peak distribution caused similar deep body less attenuation of the beam energy, it is narrower SOBP obtained than the dose distribution E as shown in dose distribution F in FIG.本実施形態の粒子線治療装置では、以上のようにＲＭＷ４０の回転角度に応じてイオンビームの出射のＯＮ・ＯＦＦ制御を行うことにより、単一のＲＭＷ４０で複数の異なるＳＯＢＰを形成する。 In the particle beam therapy system of this embodiment, by performing the ON · OFF control of the extraction of the ion beam in accordance with the rotation angle of the RMW 40 as described above, to form a plurality of different SOBP a single RMW 40.

図１に戻り、照射制御装置７０は、照射制御部７１及び照射条件記憶部７２を有している。 Returning to Figure 1, the irradiation controller 70 includes an irradiation control unit 71 and the irradiation condition storage unit 72.治療計画装置７３では患者２２の患部に対する照射条件を定め、照射条件記憶部７２にその内容を記憶させる。 Determine the irradiation conditions for the affected part of the treatment planning system 73 in the patient 22, and stores the contents in the irradiation condition storage unit 72.照射条件情報の項目には、ＳＯＢＰ（ＲＭＷ４０の種類及びビーム照射領域情報（すなわちＲＭＷ４０のどの領域（回転角度）でビームをＯＮ／ＯＦＦするかという情報））が含まれている。 In the item of the irradiation condition information, SOBP (RMW 40 type and beam-irradiation region information (i.e. RMW 40 throat region (rotational angle) by the information of ON / OFF Suruka beam)) are included.このＳＯＢＰとＲＭＷ４０の種類及びビーム照射領域情報との関係については、予め計算及び実験等により求めておく。 The relationship between the SOBP and RMW40 type and beam-irradiation region information, obtained beforehand by calculation and experiment.

照射制御部７１は、ＳＯＢＰを形成するためのイオンビーム発生装置１からのイオンビームの出射のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。 Irradiation control unit 71 performs ON / OFF control of the extraction of the ion beam from the ion beam generator 1 to form the SOBP.すなわち、まず照射条件記憶部７２に記憶された照射条件情報中のＳＯＢＰ（ビーム照射領域情報）を読み出す。 That is, first read the SOBP in the irradiation condition information stored in the irradiation condition storage unit 72 (beam irradiation area information).そして、角度計からＲＭＷ４０の回転角度を入力し、上記照射条件記憶部７２から読み出したビーム照射領域情報に基づいて、ＲＭＷ４０の回転角度がビームＯＮ領域の角度となったら加速器制御装置６０のタイミング制御装置６２へビーム照射オン信号を出力する。 Then, enter the rotation angle from the angle meter RMW 40, based on the beam irradiation area information read from the irradiation condition storage unit 72, the rotation angle of the timing control of the accelerator controller 60 When a beam angle ON area of ​​the RMW 40 to the device 62 outputs a beam irradiation-on signal.

一方、シンクロトロン４の運転は、図６に示すように入射、加速、出射、減速の４つの工程からなるパターン運転を周期的に繰り返す。 On the other hand, the operation of the synchrotron 4 is incident as shown in FIG. 6, the acceleration, emitted periodically repeating the pattern operation consisting of four steps of reduction.図６は横軸に時間、縦軸にシンクロトロン４の運転パターンを代表する偏向電磁石１３で発生する磁場強度を示す。 6 time on the horizontal axis indicates the magnetic field intensity generated by the bending electromagnet 13 which represents the operation pattern of the synchrotron 4 on the vertical axis.なお、この図６は、上述したイオンビームの出射のＯＮ／ＯＦＦ制御を行わずに出射工程中において常時ビームを出射する場合の偏向電磁石１３の磁場強度を示している。 Incidentally, FIG. 6 shows a magnetic field strength of the bending magnet 13 when the constant beam emitted during the emission step without ON / OFF control of the extraction of the above-described ion beam.ここで、磁場強度Ｂ１は入射時のエネルギーのイオンを周回させる磁場に相当し、Ｂ２は加速後のエネルギーのイオンを周回させる磁場に相当する。 Here, the magnetic field strength B1 corresponds to the magnetic field to circulate the energy of the ions at the time of the incident, B2 corresponds to the magnetic field to circulate the energy of the ions after acceleration.また、Ｔexは周期毎の出射可能時間（出射工程時間）、Ｔはビームの出射が終了してから次の周期のビーム出射が開始されるまでの時間であり、Ｔex＋Ｔがシンクロトロン４の１運転周期となる。 Further, Tex the emission time of the each period (emission process time), T is the time from the end of emission of the beam to the beam emission of the next period begins, Tex + T 1 operation of the synchrotron 4 period to become.

出射工程においては、図示しない電磁石電源制御装置から加速器制御装置６０のタイミング制御装置６２に対して出射可能信号が出力される。 In the exit process, extraction enable signal is outputted to the timing controller 62 of the accelerator controller 60 from the electromagnet power supply controller (not shown).この出射可能信号のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを上記偏向電磁石１３の磁場強度の変化と合わせて図６に示す。 The timing of the ON / OFF of the extraction enable signal in conjunction with a change in magnetic field strength of the bending magnet 13 shown in FIG.タイミング制御装置６２は、電磁石電源制御装置から入力される出射可能信号のＯＮと、照射制御装置７０の照射制御部７１から入力されるビーム照射オン信号とが重なったタイミングにおいて、開閉スイッチ（ビーム出射量調整装置、出射時間調整装置）９を閉じてシンクロトロン４からのイオンビームの出射を行う。 The timing control device 62, the ON of the extractable signal inputted from the electromagnet power supply controller, at the timing when overlaps the beam ON signal input from the irradiation control unit 71 of the irradiation controller 70, the opening and closing switch (beam extraction the amount adjustment device performs the extraction of the ion beam from the synchrotron 4 by closing the emission time adjustment device) 9.

また、タイミング制御装置６２はビーム照射オン／オフ信号用の積算タイマー（図示せず）を有しており、照射制御部７１から出力されるビーム照射信号のオン時間の積算を行う。 The timing controller 62 has an integrated timer for beam irradiation on / off signal (not shown), to accumulate the ON time of the beam irradiation signal outputted from the irradiation control unit 71.一方で、タイミング制御装置６２は照射制御装置７０から入力される照射条件に応じて加速器運転条件記憶部６１から読み出した加速器運転条件情報に基づき、出射可能時間を設定する（詳細は後述）。 On the other hand, the timing control unit 62 based on the accelerator operation condition information read from the accelerator operation parameter storage unit 61 according to the irradiation conditions input from the irradiation controller 70, sets the exit time (details will be described later).そして、上記照射制御部７１から出力されるビーム照射オン信号の積算時間が上記設定した出射可能時間に至った場合には、開閉スイッチ９を開いてシンクロトロン４からのイオンビームの出射を停止させる。 When the integrated time of the beam irradiation-on signal outputted from the irradiation control unit 71 has reached the extraction enable time set above stops the extraction of the ion beam from the synchrotron 4 by opening the opening and closing switch 9 .

以上のような構成である本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置における治療照射の手順を図７を用いて説明する。 The procedure of therapeutic irradiation in the charged particle beam extraction system of this embodiment is the above configuration will be described with reference to FIG.本フローチャートに表される各手順は、加速器制御装置６０及び照射制御装置７０によって実行される。 Each procedure is represented in the flowchart is executed by the accelerator controller 60 and the irradiation controller 70.それらの手順の実行により、１周期内にシンクロトロン４から出射されるイオンビームの量がほぼ設定量となる制御、すなわち、出射されるそのイオンビーム量がほぼ一定となる制御が行われる。 The execution of these instructions, controls the amount of the ion beam extracted from the synchrotron 4 in one cycle is substantially set amount, i.e., control is performed in which the ion beam amount emitted is substantially constant.

まず、照射制御装置７０は、治療計画装置７３で定められた患者２２の患部に対する照射条件（ビームエネルギー、ＳＯＢＰ等）を照射条件記憶部７２に入力し、記憶させる（ステップ８１）。 First, the irradiation controller 70, the irradiation conditions (beam energy, SOBP etc.) for the affected part of the patient 22 defined by the treatment planning unit 73 enter into the irradiation condition storage unit 72 to be stored therein (step 81).そして、照射制御装置７０の照射制御部７１は、記憶した照射条件に基づいて照射装置１６の各機器の運転条件を設定する。 The irradiation control unit 71 of the irradiation controller 70 sets each device operating conditions of the irradiation device 16 based on the stored irradiation conditions.また、加速器制御装置６０は、照射制御装置７０から照射条件を入力し、イオンビーム発生装置１の各機器の運転条件を設定する（ステップ８２）。 Also, the accelerator controller 60 inputs the irradiation conditions from the irradiation controller 70, sets the operating conditions of the devices of the ion beam generator 1 (step 82).

照射制御装置７０の照射制御部７１は、照射条件記憶部７２から照射条件のＳＯＢＰに含まれるビーム照射領域情報（ＲＭＷ４０の照射開始角度及び照射停止角度）を読み出す（ステップ８３）。 Irradiation control unit 71 of the irradiation controller 70 reads the beam irradiation area information included in the SOBP irradiation conditions from the irradiation condition storage unit 72 (irradiation start angle and irradiation stop angle of RMW 40) (step 83).そして、照射装置１６に設けたＲＭＷ４０の駆動装置（図示せず）に駆動信号を出力し、ＲＭＷ４０を回転駆動させる（ステップ８４）。 Then, it outputs a drive signal to the drive device of the RMW 40 provided in the irradiation device 16 (not shown), rotates the RMW 40 (step 84).照射制御部７１は、ＲＭＷ４０の回転駆動中は常に角度計からＲＭＷ４０の回転角度を入力し、この入力した回転角度がＲＭＷ４０の照射開始角度と一致するかどうかを判定する（ステップ８５）。 Irradiation control unit 71 determines whether or during rotation of the RMW 40 always enter the rotation angle from the angle meter RMW 40, the rotation angle that the input matches the irradiation start angle of RMW 40 (step 85).一致した場合、照射制御部７１はビーム照射オン信号を加速器制御装置６０のタイミング制御装置６２に出力する（ステップ８６）。 If they match, the irradiation controller 71 outputs a beam irradiation-on signal to the timing controller 62 of the accelerator controller 60 (step 86).一方、角度計から入力したＲＭＷ４０の回転角度が照射停止角度に一致した場合には、照射制御部７１はビーム照射オフ信号を加速器制御装置６０のタイミング制御装置６２に出力する（ステップ８７）。 On the other hand, when the rotation angle of RMW40 inputted from the angle meter matches the irradiation stop angle, the irradiation controller 71 outputs the beam irradiation-off signal to the timing controller 62 of the accelerator controller 60 (step 87).上記ステップ８５〜８７を繰り返すことにより、ＲＭＷ４０の回転角度に応じたビームＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。 By repeating the above steps 85 to 87, carried out the beam ON / OFF control according to the rotational angle of the RMW 40.

一方、上記ステップ８３〜８７と並行して、加速器制御装置６０のタイミング制御装置６２は、先のステップ８２で入力した照射条件及び設定された運転条件から出射可能時間を設定する（ステップ８８）。 In parallel with the above steps 83 to 87, the timing controller 62 of the accelerator controller 60 sets the extraction enable time from the irradiation conditions and the set operating conditions entered in the preceding step 82 (step 88).この出射可能時間の具体的な設定方法について、図８を用いて説明する。 A specific method of setting the extraction enable time, will be described with reference to FIG.

この図８に示すように、照射制御部７１からタイミング制御装置６２に出力されるビーム照射信号の１周期中のＯＮ時間の割合(以下、デューティと記載)をａ（＝Ａ／Ｂ）とする。 As shown in FIG. 8, the ratio of the ON time in one period of the beam irradiation signal outputted from the irradiation control unit 71 to the timing controller 62 (hereinafter referred to as duty) with the a (= A / B) .ここでは説明を簡易とするため、ビーム照射信号はＯＮ時間をＡ、１周期の時間をＢとする波形を繰り返すものとする。 Here order to simplify the description, the beam irradiation signal ON time and to repeat the waveform to B time A, 1 cycle.したがって、デューティａはシンクロトロン４の出射工程中におけるビーム出射ＯＮ時間の割合とも言える。 Thus, the duty a is also said that the proportion of beam extraction ON time during the process of emitting synchrotron 4.例えば、前述した図３，図５の照射条件ＤのようにＲＭＷ４０の回転に合わせてビームをＯＮ／ＯＦＦしない場合にはデューティａ＝１となり、図３，図５の線量分布Ｅ，ＦのようにＳＯＢＰを小さくする場合にはデューティａは１よりも小さくなる。 For example, FIG. 3, the duty a = 1 next if it does not turn ON / OFF the beam in accordance with the rotation of the RMW40 as irradiation condition D in FIG. 5, FIG. 3, the dose distribution E in FIG. 5, as F described above duty a is smaller than 1 in the case of reducing the SOBP to.すなわちデューティは０＜ａ≦１の範囲になる。 That duty in the range of 0 <a ≦ 1.タイミング制御装置６２は、照射条件のＳＯＢＰ情報に含まれるＲＭＷ４０の照射開始角度及び照射停止角度を入力し、これらの情報からデューティａを算出する。 The timing control unit 62 inputs the irradiation start angle and irradiation stop angle RMW40 included in SOBP information of the irradiation conditions, and calculates the duty a from this information.そして、実際にビームを出射する時間の積算が出射可能時間Ｔex（図６参照）となるようにするため、１周期中の出射工程の時間（すなわち出射開始から出射終了までの時間）をＴex／ａに設定する。 Then, indeed because the beam is integrated in time to emit made to be extractable time Tex (see FIG. 6), the time of one cycle in the exit step (i.e. time until completion emitted from the emission start) Tex / It is set to a.これにより、出射可能信号のＯＮと照射制御部７１から入力されるビーム照射オン信号とが重なったタイミングにおいてタイミング制御装置６２から開閉スイッチ９に出力されるビーム照射オン信号（図８に実際の出射ＯＮ信号として示す）の積算時間が出射可能時間Ｔexとなるようになっている。 Thus, emission enable signal ON and beam ON signal is output to close switch 9 from the timing control unit 62 in the beam irradiation-on signal and is overlapped timing inputted from the irradiation control unit 71 (in fact the exit 8 accumulated time of indicating the oN signal) is adapted to be extractable time Tex.

図７に戻り、例えば図示しないコンソールの治療開始ボタンがオペレータにより押されることによって、治療照射が開始される（ステップ８９）。 Returning to FIG. 7, for example the treatment start button (not shown) console by being pressed by the operator, treatment irradiation is started (step 89).まず加速器制御装置６０は前段イオンビーム発生装置３に出射開始信号を出力する。 Accelerator controller 60 first outputs the emission start signal in front ion beam generator 3.これにより、前段イオンビーム発生装置３から出射されたイオンビームがシンクロトロン４に入射される（ステップ９０）。 Thus, the ion beam extracted from the preceding ion beam generator 3 is incident on the synchrotron 4 (step 90).このとき、シンクロトロン４の各電磁石の励磁電流は図示しない電磁石電源装置によりイオンビームの入射エネルギーに対応した値に制御されている。 At this time, the excitation current of the electromagnets of the synchrotron 4 is controlled to a value corresponding to the incident energy of the ion beam by an electromagnet power supply, not shown.そして、シンクロトロン４の各電磁石の励磁電流が高められつつ、シンクロトロン４内を周回するイオンビームは高周波電源から高周波加速空胴を経てイオンビームに印加される高周波電力によって加速され（ステップ９１）、設定されたエネルギーまで高められると、各電磁石に導かれる励磁電流が一定の設定値に保持される（ステップ９２）。 Then, while enhanced the excitation current of the electromagnets of the synchrotron 4, the ion beam circulating in the synchrotron 4 are accelerated by the high frequency power applied to the ion beam through the high-frequency accelerating cavity from the high-frequency power supply (step 91) When increased up to the set energy, the exciting currents supplied to each electromagnet is held at a constant set value (step 92).このとき、図示しない電磁石電源制御装置からタイミング制御装置６２に対して出射可能信号が出力される。 In this case, extraction enable signal is outputted to the timing controller 62 from the electromagnet power supply controller (not shown).

次に、加速器制御装置６０のタイミング制御装置６２は、照射制御装置７０の照射制御部７１からビーム照射オン信号が入力されたかどうかを判定する（ステップ９３）。 Then, the timing controller 62 of the accelerator controller 60 determines whether the beam irradiation-on signal is input from the irradiation control unit 71 of the irradiation controller 70 (step 93).先に説明したステップ８６でビーム照射オン信号がタイミング制御装置６２に対して出力されていれば、開閉スイッチ９に対してビーム照射オン信号を出力し、開閉スイッチ９を閉成させる。 In the beam irradiation-on signal in step 86 described above is only to be outputted to the timing controller 62 outputs a beam irradiation on signal to the off switch 9, thereby closing the opening and closing switch 9.これにより、高周波電源８からの出射用の高周波が閉じられた開閉スイッチ９，１０（ここでは開閉スイッチ１０が閉成されているものとする）を経て高周波印加電極７に達し、高周波印加電極７よりイオンビームに印加される。 Thus, through the opening and closing switch 9, 10 RF is closed for extraction from the high-frequency power source 8 (assumed here that the close switch 10 is closed) reaches the high-frequency applying electrode 7, high-frequency applying electrode 7 It applied to more ion beam.安定限界内で周回しているイオンビームは、この高周波の印加によって安定限界外に移行し、出射用デフレクタ１１を通ってシンクロトロン４から出射される。 Ion beam orbiting within the stability limit, the high frequency migrated outside the stability limit by the application, is extracted from the synchrotron 4 through the extraction deflector 11.シンクロトロン４から出射されたイオンビームは、ビーム輸送系２を経て下流側の照射装置１６へと輸送され、治療台２１に乗っている患者２２の患部に照射される（ステップ９４）。 The ion beam extracted from the synchrotron 4 is transported to the irradiation device 16 on the downstream side through the beam transport system 2, it is irradiated to the affected part of the patient 22 riding on the treatment table 21 (step 94).

照射中、照射制御装置７０の照射制御部７１は常時線量モニタ３１から照射中のイオンビームの線量検出値を入力し、その線量値を積算する。 During the irradiation, the irradiation control unit 71 of the irradiation controller 70 inputs the dose detection value of the ion beam during irradiation constantly from the dose monitor 31, which integrates the dose value.そして、この積算した線量値が治療計画装置７３で定められた患者２２の治療照射に必要な線量満了値に到達したかどうかを判定する（ステップ９５）。 Then, it is determined whether reaches the dose completion value required for treatment irradiation of a patient 22 dose values ​​was the integration have been established in the treatment planning system 73 (step 95).

一方、加速器制御装置６０のタイミング制御装置６２は、照射制御装置７０の照射制御部７１から入力されるビーム照射信号のオン時間を積算し、この積算した時間が先のステップ８８で設定した出射可能時間に到達したかどうかを判定する（ステップ９６）。 On the other hand, the timing controller 62 of the accelerator controller 60 integrates the to the beam signal on-time input from the irradiation control unit 71 of the irradiation controller 70, capable of emitting this integration time has been set in the previous step 88 It determines whether it has reached the time (step 96).ビーム照射オン信号の積算時間が出射可能時間に到達していない場合には、ステップ９２〜ステップ９６を繰り返す。 If the integrated time of the beam irradiation-on signal does not reach the enabling time emission repeats step 92 to step 96.この際に、先のステップ８７で照射制御装置７０の照射制御部７１からタイミング制御装置６２にビーム照射オフ信号が入力された場合には、開閉スイッチ９に対してビーム照射オフ信号を出力して開閉スイッチ９を開成させる。 At this time, when the beam irradiation-off signal to the timing controller 62 from the irradiation control unit 71 of the irradiation controller 70 in the previous step 87 is input, and outputs a beam irradiation off signal to the off switch 9 to the opening and closing switch 9 open.これにより、シンクロトロン４からのビーム出射が停止される（ステップ９７）。 Thus, the beam extraction from the synchrotron 4 is stopped (step 97).また、照射制御部７１からタイミング制御装置６２にビーム照射オン信号が再び入力された場合には、開閉スイッチ９に対してビーム照射オン信号を出力して開閉スイッチ９を閉成させ、シンクロトロン４からのビーム出射を再び開始させる。 Further, when the beam irradiation-on signal to the timing controller 62 from the irradiation control unit 71 is inputted again, by closing the opening and closing switch 9 and outputs a beam irradiation on signal to the off switch 9, the synchrotron 4 the beam emitted from is started again.

ステップ９２〜ステップ９７を繰り返すうちに、照射制御部７１から入力されるビーム照射オン信号の積算時間が出射可能時間に到達した場合には、直ちに開閉スイッチ９に対してビーム照射オフ信号を出力し、開閉スイッチ９を開成させてシンクロトロン４からのビーム出射を停止させる。 While repeating the steps 92 to step 97, if the integrated time of the beam irradiation-on signal inputted from the irradiation control unit 71 reaches the available time emitted, immediately outputs a beam irradiation off signal to the off switch 9 , by opening and closing the switch 9 open stopping the beam extraction from the synchrotron 4.そして、図示しない電磁石電源装置によりシンクロトロン４の各電磁石の励磁電流が徐々に下げられつつ、高周波電源から高周波加速空胴を経てイオンビームに印加される高周波電力が低下され、イオンビームの減速が行われる（ステップ９８）。 Then, while being lowered exciting current of each electromagnet of the synchrotron 4 by an electromagnet power supply (not shown) gradually, through the RF cavity is reduced RF power applied to the ion beam from the high-frequency power source, the deceleration of the ion beam is performed (step 98).減速が終了すると（ステップ９９）、シンクロトロン４の各電磁石の励磁電流は図示しない電磁石電源装置によりイオンビームの入射エネルギーに対応した値に再び設定され、前段イオンビーム発生装置３から出射されたイオンビームがシンクロトロン４に再び入射される。 When the deceleration is completed (step 99), the exciting current of the electromagnets of the synchrotron 4 is again set to a value corresponding to the incident energy of the ion beam by an electromagnet power supply, not shown, emitted from the previous stage ion beam generator 3 ions beam is incident again on the synchrotron 4.このようにして次の周期の運転パターンに進み、ステップ９０〜ステップ９９を再び繰り返す。 In this way, the flow proceeds to the operation pattern of the next period, repeats the step 90 step 99.

このようにしてステップ９０〜ステップ９９を繰り返す間に線量満了となった場合には、照射制御部７１はインターロック装置５０に照射線量満了信号を出力する。 Thus when a dose completion while to repeat steps 90 to step 99 in the irradiation controller 71 outputs an irradiation dose completion signal to the interlock device 50.これにより、インターロック装置５０は開閉スイッチ１０に対してビーム照射オフ信号を出力し、開閉スイッチ１０を開成させる。 Thereby, the interlock device 50 outputs a beam irradiation OFF signal to close switch 10, thereby opening and closing the switch 10 open.これにより、シンクロトロン４からのビーム出射が停止され、治療照射を終了する（ステップ１００）。 Thus, the beam extraction from the synchrotron 4 is stopped to end the treatment irradiation (step 100).

なお、本実施形態においては、上記したようにタイミング制御装置６２によるビームＯＮ／ＯＦＦ制御と線量が満了した場合のインターロック装置５０によるビームＯＦＦ制御とを、開閉スイッチ及びその動作のための信号の経路について安全性の観点から別系統としているが、これら開閉スイッチ及び信号経路を一つにまとめてもよい。 In the present embodiment, a beam OFF control by the interlock device 50 when the beam ON / OFF control and dose by the timing controller 62 as described above has expired, the opening and closing switches and signals for its operation Although the different systems in terms of safety for the route, may be integrated into one of these off switch and the signal path.

タイミング制御装置６２は、荷電粒子ビームの出射可能時間を設定する出射可能時間設定装置、荷電粒子ビームが出射された時間を積算する積算装置、出射時間が出射可能時間に到達したかどうかを判定する判定装置、及び荷電粒子ビームの出射を停止させる出射停止装置として機能する。 The timing control unit 62 determines whether the charged particle beam extraction enable time extraction enable time setting device for setting of the integrated device for integrating the time the charged particle beam is emitted, the emission time reaches the available time emission determining device, and functions as a beam extraction stop device for stopping the extraction of the charged particle beam.

以上説明した本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置によれば、以下の効果を奏する。 According to the charged particle beam extraction system of this embodiment described above, the following effects.

本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置においては、１周期中の出射工程の時間（すなわち出射開始から出射終了までの時間）をＴex／ａに設定する。 The charged particle beam extraction system of this embodiment sets the time of one cycle in the exit step (ie, the time from the emission start to end exit) in Tex / a.このようにしてデューティａに応じて出射工程の時間を延長することにより、出射工程中にビームの出射及び出射停止が繰り返し行われる場合であっても、実際のビーム出射の積算時間を出射工程中にビームＯＦＦの制御が行われない場合の出射可能時間Ｔexとほぼ同等にすることができる。 By extending the time this way exit process in accordance with the duty a, even if the emission and extraction stop of the beam is repeatedly performed during the extraction process, during the extraction process integration time of the actual beam extraction substantially it can be made equivalent to the extraction enable time Tex when the control of the beam OFF is not performed.その結果、本実施形態のようにＲＭＷ４０を用いて多様なＳＯＢＰを得るためにビームの出射及び出射停止を繰り返す運転を行う場合であっても、１周期内でのシンクロトロン４から出射されるビーム量を減少させることなくほぼ設定量に保つことができる。 As a result, even when performing the operation of repeating the emission and extraction stop of the beam in order to obtain various SOBP with RMW40 as in this embodiment, it is extracted from the synchrotron 4 within one cycle the beam it can be held substantially set amount without decreasing the amount.すなわち、その１周期内に出射されるビーム量はほぼ一定に保たれる。 That is, the beam amount emitted in the one cycle is kept substantially constant.したがって、患者２２に対する治療照射に必要な線量のトータルは治療前に定められていることから、１治療照射内におけるシンクロトロン４の運転周期数を低減することができ、照射時間を短縮できる。 Accordingly, since the dose total required for treatment irradiation for the patient 22 is defined prior to treatment, it is possible to reduce the number of operation cycles of the synchrotron 4 within one treatment irradiation can shorten the irradiation time.その結果、単位時間当りの治療患者数を増加することができる。 As a result, it is possible to increase the number of patients treated per unit time.

また本実施形態によれば、荷電粒子ビーム出射装置の線量率を向上することができる。 According to the present embodiment, it is possible to improve the dose rate of the charged particle beam extraction system.この線量率向上効果は、出射工程中におけるビーム出射ＯＮ時間の割合であるデューティａが小さくなるほど大きくなる。 The dose rate improvement effect, the duty a is the ratio of the beam extraction ON time increases as decreases in the emission process.このことについて、以下に説明する。 This will be described below.

１治療照射における患者の患部に対する線量率は、周期一定の場合には、シンクロトロン４から得られる１周期当りのイオン（荷電粒子）の量と１周期の時間によって次式（１）のように記述できる。 Dose rate for the affected part of the patient in one treatment irradiation, in the case of a constant period is the time of the amount and one cycle of the per cycle obtainable from the synchrotron 4 ions (charged particles) as in the following equation (1) It can be described.

本実施形態において、１周期当りのイオンの量をＱ[粒子数/周期]、出射可能時間Ｔex、出射以外の減速・入射・加速に要する時間をＴとすると、線量率Ｄ 1は比例係数Ｋを用いて次式（２）のように表すことができる。 In the present embodiment, the amount of Q [particles / cycle] of per cycle ions, extraction enable time Tex, when the time required for deceleration and the incident and acceleration other than emission is T, the dose rate D 1 is a proportionality factor K it can be expressed by the following equation (2) using a.この比例係数Ｋは照射野の拡大サイズやイオンビームのエネルギー等に依存する数値で、ＳＯＢＰ以外の照射条件が同一の場合には同一の値になる。 The proportionality factor K is a number which depends on the energy or the like of the enlarged size and the ion beam irradiation field becomes the same value when the irradiation conditions other than SOBP are identical.

一方、比較のために、本実施形態のようにビーム照射信号のＯＮ時間の割合であるデューティａに応じた出射可能時間を設定し、その設定時間となるまでビーム出射を行う運転方法を適用しない場合には、１周期当りに出射されるビームの量はデューティａに応じて減少しａＱとなる。 Meanwhile, for comparison, to set the extraction enable time corresponding to the duty a is the percentage of ON time of the beam irradiation signal as in the present embodiment does not apply a driving method of performing the beam extraction until its set time If the amount of beam emitted per cycle is aQ decreased in accordance with the duty a.したがって、その場合の線量率Ｄ 0は次式（３）のように表される。 Thus, the dose rate D 0 in this case is expressed by the following equation (3).

本実施形態の運転方法による線量率向上はＤ 1 ／Ｄ 0で表され、次式（４）のようになる。 Improved dose rate by the operating method of this embodiment is represented by D 1 / D 0, the following equation (4).

一例として、出射可能時間を０．５秒、出射以外の減速・入射・加速に要する時間を１．５秒とした場合のＤ 1 ／Ｄ 0のデューティａに対する依存性を図９に示す。 As an example, 0.5 seconds extractable time, the dependence on the duty a of D 1 / D 0 when the time required for deceleration and the incident and acceleration other than the exit was 1.5 seconds in Fig.図９よりわかる通り、デューティａが小さいほど線量率比が増大し、本実施形態の運転方法の効果が高いことがわかる。 As can be seen from FIG. 9, and increases as the dose rate ratio duty a is small, it can be seen that the effect of the operating method of this embodiment is high.

さらに本実施形態によれば、先の図８に示すように、シンクロトロン４の運転周期を延長する分、１運転周期当りのＲＭＷ４０の角度に応じたビームＯＮ／ＯＦＦの回数を増加できる。 According to a further embodiment, as shown in previous FIG. 8, minutes to extend the operation cycle of the synchrotron 4 can increase the number of beam ON / OFF in response to the angle of RMW40 per operation cycle.かつ、１周期毎に発生する可能性のある出射工程中の出射開始部・出射終了部における実際に必要なオン時間よりも短い照射を減少することができる。 And, it is possible to reduce the shorter irradiation than actually on time required at the exit beginning-emitting end of a during the extraction process that can occur every cycle.これにより、図５に示したような深部方向分布を時間的に平均化した形で得る場合において、平均化に要する時間をより短縮できるという効果をも得ることができる。 Accordingly, it is possible to obtain in the case of obtaining in deep directional distribution temporally averaged form as shown in FIG. 5, also the effect that the time required for averaging can be further shortened.

なお、デューティａが非常に小さい場合には出射工程時間（出射開始から終了までの時間）が大きく伸びてしまい、加速された荷電粒子のシンクロトロンの周回回数が大きく増加することによって荷電粒子ビームの質が変化してしまうおそれがある。 Note that (time to the end from the emission start) emitting step time when the duty a is very small will be increased significantly, the charged particle beam by the number of cycles of the synchrotron of accelerated charged particles is greatly increased there is a fear that quality is changed.このような可能性を考慮し、出射開始から終了までの時間の上限値を設け、それを超えた場合には出射を停止し減速に移行するように制御してもよい。 This possibility was considered, the upper limit of the time from the start to the end of the exit provided, may be controlled so as to shift the stop emitting deceleration if it exceeds it.本上限値は加速器の運転条件毎、もしくはいずれの運転条件においても適用されるものとして予め計算及び実験で求めておく。 This upper limit is previously obtained in advance by calculation and experiment as being applied in the operating conditions for each or either of the operating conditions of the accelerator.

また、１周期中にシンクロトロン４から得られるイオンビーム量の時間的変動が大きな場合には、高周波出力制御装置６３（図１１等参照）により、ビーム出射中に高周波印加電極７に印加する高周波の出力が例えば図１０のＧに示すような時間的変化をするように高周波電源８を制御してもよい。 The high frequency time variation of the ion beam amount obtained from the synchrotron 4 during one period when big, the applied by the high-frequency output control unit 63 (see FIG. 11 and the like), the high-frequency applying electrode 7 in the beam exit it may control the high-frequency power source 8 to the output temporal change as indicated in G of FIG. 10, for example of.これは、シンクロトロン４からのイオンビームの単位時間当たりの強度が高周波出力の強度に依存して強弱の変化をさせることが可能な性質を利用したものである。 This is obtained by utilizing the ion beam intensity properties capable of a change in intensity depending on the intensity of the high frequency output per unit time from the synchrotron 4.さらに、このように高周波出力を変化させるパターンにおいて、上記実施形態１のようにＲＭＷ４０の回転角度に応じてビームのＯＮ／ＯＦＦ制御を行う場合には、そのビームＯＦＦ時間については高周波出力パターンの更新を停止し（すなわち高周波出力を一定とし）、ビームＯＮ時間についてのみ高周波出力パターンを更新し（すなわち高周波出力を変化させ）、例えば図１０のＨに示すような出力パターンとするのが好ましい。 Furthermore, the pattern in this manner varies the high frequency output, in the case of performing the beam ON / OFF control in accordance with the rotation angle of the RMW40 as in the embodiment 1, the update of the high frequency output pattern for the beam OFF time It was stopped (i.e., the high frequency output is constant), and updates the high-frequency output pattern only beam oN time (i.e. changing the high frequency output), for example, preferably the output pattern shown in Figure 10, H.このようにすることで、デューティａが変化した場合でも高周波出力の波形（ビームＯＦＦ時間を除く）を一定に保つことができ、その上で１周期当りのビームの出射量をほぼ設定量に保つことができる。 In this way, the duty a is (except for the beam OFF time) waveform of a high frequency output even when the change can be kept constant, held substantially set amount the extraction intensity of the beam per cycle on its be able to.

さらに、上記実施形態１においては１周期毎に出射されるイオンビーム量を一定に保つために照射制御装置７０の照射制御部７１からのビーム照射オン信号の出力時間を積算し、出射可能時間以内であれば照射を続け、出射可能時間を越えた場合には照射を停止してシンクロトロン４を減速に移行するという手段を採っているが、これに限らず、例えば図１に示す線量モニタ３１から得られる１周期あたりに出射されるべきイオンビーム量に相当する線量出力値を予め照射制御部７１において設定しておき、１周期毎に検出される線量の積算値がその設定された線量値以内であれば照射を続け、その線量値を超えた場合には照射を停止して減速に移行するという手段を採用してもよい。 Further, in the above embodiment 1 by integrating the output time of the beam irradiation-on signal from the irradiation control unit 71 of the irradiation controller 70 to keep the ion beam amount emitted every cycle constant within extractable hours continued irradiation if, but adopts a means to shift the synchrotron 4 to decelerate and stop the irradiation when exceeding the extractable time, not limited to this, the dose monitor 31 shown in FIG. 1, for example may be set in advance the irradiation control unit 71 the dose output value corresponding to the ion beam quantity to be emitted per cycle obtained from the dose value integrated value of the dose to be detected is the setting for each cycle continued irradiation it within, may be employed a means to shift to the deceleration stop irradiation when exceeding the dose value.

また、上記実施形態１においてはビーム照射オン信号の出力時間の積算を加速器制御装置６０内で実施しているが、これに限らず、加速器制御装置６０で設定した出射可能時間を照射制御装置７０に対して出力し、照射制御装置７０内で周期毎の照射オン時間の積算及び減速への移行判定を実施するようにしてもよい。 In the above embodiment 1 has implemented integration of the output time of the beam irradiation-on signal by an accelerator control device 60, but the irradiation controller is not limited thereto, the extractable time set by the accelerator controller 60 70 and output to the shift determination to integration and deceleration of irradiation on time of each cycle in the irradiation control device 70 may be executed.

（実施形態２） (Embodiment 2)本発明の他の実施形態である実施形態２の荷電粒子ビーム出射装置を、図１１を参照して以下に説明する。 The charged particle beam extraction system of the second embodiment which is another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 11.

本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置は、高周波電源（ビーム出射量調整装置、ビーム強度調整装置）８の高周波電力の出力を制御する高周波出力制御装置６３を有する加速器制御装置６０'を備える。 The charged particle beam extraction system of this embodiment includes a high-frequency power source (beam extraction intensity adjusting device, the beam intensity adjusting device) accelerator controller 60 having a high-frequency output control unit 63 for controlling the output of the high-frequency power of 8 '.すなわち、シンクロトロン４では１周期あたりに加速・出射可能なイオンビーム量は周期毎にほぼ一定とすることが可能で、周期毎の出射可能時間（出射工程時間）Ｔexは高周波印加用電極７に印加する出射用高周波電磁界の、シンクロトロン４を周回するイオンに対する寄与によって決まる。 That is, the ion beam weight capable accelerated and emitted per synchrotron the synchrotron 4 1 cycle can be made substantially constant in each cycle, extraction enable time for each cycle (emission process time) Tex the RF applying electrode 7 extraction radiofrequency electromagnetic field to be applied depends contribution to ion orbiting the synchrotron 4.この寄与は周回するイオンビームのエネルギーと高周波電磁界のパワーを決める高周波電源８の出力によって決まり、出射可能時間と本出力の関係は予め計算及び実験について決めておくことが可能である。 This contribution depends output of the high-frequency power source 8 to determine the energy and high-frequency electromagnetic field of the power of the ion beam circulating, relationship extraction enable time and the output can be keep determined for previously calculated and experimental.したがって、周期毎の出射可能時間（出射工程時間）Ｔexを一定とした場合には、高周波出力制御装置６３により高周波電源８の出力を制御することで、シンクロトロン４の周期毎のビーム出射量を制御することが可能である。 Thus, emission time of the each period when the constant (emission process time) Tex is the high-frequency output control unit 63 to control the output of the high-frequency power source 8, the beam extraction intensity of each cycle of the synchrotron 4 it is possible to control.本実施形態では、このような運転制御を行う。 In the present embodiment performs such operation control.

前述したように、照射制御装置７０の照射条件記憶部７２に記憶された照射条件中のＳＯＢＰには、ＲＭＷ４０の種類及びビーム照射領域情報（すなわちＲＭＷ４０のどの領域（回転角度）でビームをＯＮ／ＯＦＦするかという情報））が含まれており、このＳＯＢＰとＲＭＷ４０の種類及びビーム照射領域情報との関係については、予め計算及び実験等により求めてある。 As described above, the SOBP during irradiation conditions stored in the irradiation condition storage unit 72 of the irradiation controller 70, RMW 40 type and beam-irradiation region information (i.e. ON the beam RMW 40 throat region (rotational angle) / OFF contains information)) of Suruka, the relationship between the type and the beam irradiation area information of the SOBP and RMW40 are are obtained in advance by calculation and experiment.本実施形態では、高周波出力制御装置６３が照射条件中のＲＭＷ４０の照射開始角度情報及び照射停止角度情報に基づき、これらの情報からビーム照射信号のＯＮ時間の割合であるデューティａを算出する（なお、実施形態１と同様にタイミング制御装置６２がデューティａを算出し、それを入力するようにしてもよい）。 In the present embodiment, the high-frequency output control unit 63 based on the RMW40 irradiation start angle information and irradiation stop angle information in the irradiation condition, and calculates the duty a is the percentage of ON time of the beam irradiation signal from the information (Note the timing controller 62 similarly to the first embodiment calculates the duty a, it may be input to it).高周波出力制御装置６３は、この算出したデューティａを元に、１周期中に出射されるイオンビームの量がほぼ一定になるように出射用高周波電極７に印加する高周波電源８の出力を増加させるように制御する。 RF output control device 63, based on the calculated duty a, increases the output of the high-frequency power source 8 to the amount of the ion beam extracted during one period is applied to the extraction radiofrequency electrode 7 to be substantially constant to control such.なおこのとき、シンクロトロン４の運転周期はビームＯＮ／ＯＦＦによらず一定となるように、タイミング制御装置６２により制御される。 At this time, operation cycle of the synchrotron 4 to be constant regardless of the beam ON / OFF, it is controlled by the timing controller 62.

以上において、高周波出力制御装置６３は、特許請求の範囲各項記載の制御装置を構成するとともに、荷電粒子ビームの強度を設定するビーム強度設定装置を構成するとともに、荷電粒子ビームに印加する高周波出力を制御する高周波出力制御装置を構成する。 In the above, the high-frequency output control unit 63, together constitute a control device described in each claim, as well as constituting a beam intensity setting device for setting the intensity of the charged particle beam, high-frequency output to be applied to the charged particle beam controlling the constituting the high-frequency output control unit.

以上説明した本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置によれば、デューティａに応じて出射用高周波電極７に印加する高周波電源８の出力を増加させるように制御することにより、出射工程中にビームの出射及び出射停止が繰り返し行われる場合であっても、１周期内でのシンクロトロン４から出射されるビーム量を減少させることなく、ほぼ設定量に保つことができる。 According to the charged particle beam extraction system of this embodiment described above, by controlling so as to increase the output of the high-frequency power source 8 to be applied to the extraction radiofrequency electrode 7 in accordance with the duty a, beam during the extraction process even if the exit and the exit stop are repeated, without reducing the beam quantity emitted from the synchrotron 4 within one period, it can be held substantially set amount.したがって、実施形態１と同様に照射時間を短縮できる。 Therefore, it is possible to shorten the irradiation time as in the first embodiment.その結果、単位時間当りの治療患者数を増加することができる。 As a result, it is possible to increase the number of patients treated per unit time.

また本実施形態においても、荷電粒子ビーム出射装置の線量率を向上することができる。 Also in the present embodiment, it is possible to improve the dose rate of the charged particle beam extraction system.すなわち、本実施形態の照射においてはシンクロトロン４の運転周期はＴ＋Ｔex、出射されるイオンビームの量はＱとなるため、線量率Ｄ 2は次式（５）のように表される。 That is, operation cycle of the synchrotron 4 is in the irradiation of this embodiment T + Tex, the amount of the ion beam is emitted to become is Q, dose rate D 2 is expressed by the following equation (5).

この線量率について本運転方法を適用しない場合の線量率Ｄ 0との比率Ｄ 2 /Ｄ 0を求めると字式（６）のようになる。 So as to this the dose rate determining the ratio D 2 / D 0 of the dose rate D 0 in the case of not applying the present operating method when shaped formula (6).

上式よりわかるように、出射可能時間及びそれ以外の時間によらず線量率向上はデューティａに反比例し、デューティが小さくなるほど線量率が向上することになる。 As can be seen from the above equation, the dose rate regardless of the extraction enable time and other times improvement is inversely proportional to the duty a, it will be improved as the dose rate duty is reduced.

なお、上記実施形態２においては１周期毎に出射されるイオンビーム量を一定に保つために出射用高周波電極７に印加する高周波出力を大きくするという手段を採っているが、例えば１周期毎のシンクロトロン４の状態が不安定な場合などには短時間の内にビームが出射されてしまうことや、出射しきれずに終えてしまう可能性もある。 Incidentally, in the above embodiment 2 adopts a means of a high-frequency output is increased to be applied to the extraction radiofrequency electrode 7 in order to keep the ion beam amount emitted per cycle at a constant but, for example, 1 cycle every it and the state of the synchrotron 4 resulting in beam is emitted in a short period of time with each other when unstable, there is a possibility that after without being completely emitted.このため、例えば図１に示す線量モニタ３１から得られる１周期あたりに出射されるべきイオンビーム量に相当する線量出力値を予め照射制御部７１において設定しておき、１周期毎に検出される線量の積算値がその設定された線量値以内であれば照射を続け、その線量値を超えた場合には照射を停止して減速に移行するという手段を採用してもよい。 Thus, may be set in advance the irradiation control unit 71 the dose output value corresponding to the ion beam quantity to be emitted per cycle obtained from the dose monitor 31 shown in FIG. 1, for example, is detected every cycle continued irradiation if it is within dose values ​​the integrated value is the setting of the dose, may be employed a means to shift to the deceleration stop irradiation when exceeding the dose value.

また、シンクロトロン４のビームエネルギー設定値が大きい場合には、本実施形態のような出射を実現するために大きな高周波出力が必要となるため、高周波電源出力が不足する場合も考えられる。 Further, when the beam energy setting value of the synchrotron 4 is large, a large high-frequency output in order to achieve the emission as in the present embodiment is required, it is conceivable that the high-frequency power output is insufficient.このような事態を回避するために、例えば上記実施形態１と実施形態２とを組み合わせた運転、すなわち高周波出力の増加に応じて出射時間を長くするような制御を行い、その上で１周期あたりに出射されるイオンビームの量をほぼ設定量に、すなわち、ほぼ一定に保つように制御してもよい。 To avoid such a situation, for example, operation of a combination of the above embodiment 1 and the embodiment 2, that performs control so as to increase the emission time in accordance with an increase in the frequency output, per cycle on its substantially set amount the amount of the ion beam extracted into, i.e., may be controlled to maintain substantially constant.

（実施形態３） (Embodiment 3)本発明の他の実施形態である実施形態３の荷電粒子ビーム出射装置を、図１２を用いて以下に説明する。 The charged particle beam extraction system of the third embodiment which is another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 12.本実施形態は、スキャニング照射方式の荷電粒子ビーム出射装置に本発明を適用した例である。 This embodiment is an example of applying the present invention to a charged particle beam extraction system of the scanning irradiation method.

本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置は、ペンシル状の小径ビームを患部形状に合わせて走査するペンシルビームスキャニング方式で照射を実施する照射装置１６'を有しており、この照射装置１６'はビーム走査用電磁石６７，６８を用いてビーム進行方向と垂直な面内方向にイオンビームを走査する。 The charged particle beam extraction system of this embodiment, 'has, the irradiation device 16' irradiation apparatus 16 to carry out the irradiation with pencil beam scanning method for scanning together pencil-like small-diameter beam to the affected part shape beam scanning the ion beam in the beam traveling direction perpendicular to plane direction with a scanning electromagnet 67, 68.この照射方式においては、照射領域を微小なターゲット（以下、スポットという）に分割し、そのスポットに予め定められた線量を照射したら照射を停止し、次のスポットへの照射準備が整い次第照射を開始し、そのスポットでの規定線量に達したら照射を停止して再び次のスポットへの照射準備を行うという動作を繰り返し行う。 In this irradiation method, a microscopic target irradiation region (hereinafter, referred to as spot) divided into, stop irradiation After irradiation a predetermined dose to the spot, as soon as the irradiation're irradiation preparation for the next spot start, and repeatedly performs the operation of performing the irradiation preparation of the radiation reaches the prescribed dose at the spot again to the next spot to stop.体内深さ方向、すなわちビームの進行方向の移動はシンクロトロン４から出射されるイオンビームのエネルギーを変更することによって行われる。 Body depth direction, i.e. movement in the traveling direction of the beam is effected by changing the energy of the ion beam extracted from the synchrotron 4.エネルギーを変更する際には、シンクロトロン４の運転を入射から始めて所望のエネルギーまで加速して出射する。 When changing the energy is emitted in starting the operation of the synchrotron 4 from the incident accelerated to the desired energy.スポットごとの線量は線量モニタ３２で測定され、スポット毎に線量満了になると照射を停止し、その後ビーム走査用電磁石６７，６８の準備が整った状態で再び照射を開始する。 Dose per spot is measured by the dose monitor 32, to stop the irradiation to become dose completion for each spot, is started again irradiated in a state ready for subsequent beam scanning electromagnet 67, 68.

患部の深さ方向の制御は、加速装置６の高周波電力を設定変更してシンクロトロン４の目標エネルギーの設定を順次変更することにより行う。 Control of the affected part in the depth direction is carried out by sequentially changing the setting of the target energy of the synchrotron 4 a high frequency power of accelerator 6 and change settings.すなわち、患部を深さ方向に複数の層に分け、各層における全てのスポットの照射が終了したらシンクロトロン４の目標エネルギー設定を変更し、層を移動する。 In other words, divided into a plurality of layers of the affected part in the depth direction, the irradiation of all the spots to change the target energy setting of the synchrotron 4 When finished in each layer, to move the layers.同一層内においては、同一エネルギーでビームの照射・停止を繰り返して各スポットの照射を順次行う。 In the same layer, sequentially performs irradiation of each spot by repeating the irradiation and stop of the beam at the same energy.同一エネルギーで照射するスポットに関してはシンクロトロン４の１周期内で照射する。 For the spot to be irradiated with the same energy is irradiated in one cycle of the synchrotron 4.したがって、本実施形態のようにスキャニング方式の照射を行う場合、１周期内での出射工程中にビームのＯＮ／ＯＦＦ制御が行われることになる。 Therefore, when performing irradiation scanning method as in the present embodiment, so that the ON / OFF control of the beam is carried out during the extraction process in the one period.

本実施形態においては、照射制御部７１から上記のスポット毎の線量満了に伴うビーム照射オフ信号と、次スポット照射のためのビーム照射オン信号が生成され、加速器制御装置６０”のタイミング制御装置６２に出力される。タイミング制御装置６２はビーム照射オン・オフ信号用の積算タイマー（図示せず）を有しており、ビーム照射オン信号が入力された時間を積算する。一方で、加速器運転条件の一部である出射可能時間を設定する。この出射可能時間の設定は、前述の実施形態１及び２では周期的なＲＭＷ４０の回転角度情報から算出したデューティａに基づいて設定するようにしたのに対し、本実施形態ではスポット毎の設定線量やビームの短期的な強度変化、スポット間の設定時間が必ずしも一定にならないことから、治療計 In the present embodiment, the beam irradiation OFF signal according to a dose completion of each said spot from the irradiation control unit 71, is generated beam on signal for the next spot irradiation, the timing control device for the accelerator controller 60 "62 is the. timing controller 62 outputs a has a cumulative timer for beam on-off signal (not shown) integrates the time that the beam irradiation-on signal is input. Meanwhile, the accelerator operation condition setting the a is extractable time part of. this extraction enable time settings were to be set based on the duty a calculated from the rotation angle information of the first and second embodiments the periodic RMW40 described above contrast, short-term change in intensity of setting a dose and beam for each spot in the present embodiment, since the setting time between the spot is not always constant, therapeutic meter装置７３で定められる照射条件（治療計画情報）に基づいて設定する。 Set based on the irradiation conditions defined by the device 73 (therapy plan information).

そして、上記積算したビーム信号オン時間と上記設定した出射可能時間とを比較し、積算時間が出射可能時間内であるような場合に、オン信号に合わせてビーム照射を行う。 Then, comparing the cumulated beam signal on-time and extraction enable time to the set, when the integration time is, as is the extraction enable time, perform beam irradiation in accordance with the ON signal.すなわち、開閉スイッチ９にビーム照射オン信号を出力して開閉スイッチ９を閉成させることにより、高周波電源８からの出射用の高周波が閉じられた開閉スイッチ９，１０（ここでは開閉スイッチ１０が閉成されているものとする）を経て高周波印加電極７に達し、高周波印加電極７よりイオンビームに印加される。 That is, by closing the opening and closing switch 9 and outputs the beam irradiation-on signal to the off switch 9, exit opening and closing switch 10 opens and closes the switch 9, 10 RF is closed (here of the high-frequency power source 8 is closed through made it is assumed that) reached to the high-frequency applying electrode 7 is applied to the ion beam from the RF knockout electrode 7.安定限界内で周回しているイオンビームは、この高周波の印加によって安定限界外に移行し、出射用デフレクタ１１を通ってシンクロトロン４から出射される。 Ion beam orbiting within the stability limit, the high frequency migrated outside the stability limit by the application, is extracted from the synchrotron 4 through the extraction deflector 11.出射されたイオンビームは、ビーム輸送系２を通って照射装置１６'に運ばれ、走査用電磁石６７，６８により走査されて所定の位置のスポットに照射される。 Emitted ion beam is transported to the irradiation device 16 'through the beam transport system 2, is scanned is irradiated to a predetermined position of the spot by the scanning electromagnet 67, 68.

スポット線量が満了になると、照射制御部７１から入力されるビーム照射オフ信号に合わせて開閉スイッチ９へビーム照射オフ信号を出力する。 The spot dose is expired, and outputs the beam irradiation-off signal to open and close the switch 9 in accordance with the beam irradiation OFF signals input from the irradiation control unit 71.これにより開閉スイッチ９が開成し、高周波印加電極７への高周波電力の印加が停止されて、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止される。 Thereby opening and closing the switch 9 is opened, the application of RF power to the RF knockout electrode 7 is stopped, the extraction of the ion beam from the synchrotron 4 is stopped.そして、照射制御部７１により走査用電磁石６７，６８の設定が次のスポットに対応した設定に変更され、再びビーム照射オン信号がタイミング制御装置６２に出力される。 The setting of the scanning electromagnet 67, 68 is changed to the setting corresponding to the next spot, and output again to the beam irradiation on signal timing control unit 62 by the irradiation control unit 71.

タイミング制御装置６２で積算したビーム照射信号オン時間が出射可能時間に到達した場合には、開閉スイッチ９を開いてシンクロトロン４からのビーム出射を停止すると共に、直ちに減速に移行する。 When the beam irradiation signal ON time obtained by integrating by the timing control unit 62 reaches the available time emitted stops the beam extraction from the synchrotron 4 by opening the opening and closing switch 9, immediately proceeds to the deceleration.

一方、体内深度方向について同一のエネルギーで照射可能なスポット（すなわち同一層内の全スポット）を照射し終えた場合にも直ちに減速に移行する。 On the other hand, the process proceeds to immediately decelerate even when finished irradiating the same capable of irradiating spot energy (i.e. all the spots in the same layer) for the body depth direction.また、患者２２に対して１治療照射に必要な線量のトータルは治療前に定められているため、線量モニタ３２などで測定されている線量の積算値がその値に達した場合には安全上の観点からの線量満了となり、インターロック装置５０を介して開閉スイッチ１０を開成して高周波印加電極７への高周波出力が停止され、出射が停止される。 Furthermore, since the doses total required 1 treatment irradiation for the patient 22 is defined prior to treatment, safety in the case where the integrated value of the dose being measured in such dose monitor 32 has reached the value becomes the dose completion of terms, the high frequency output to the RF applying electrode 7 is stopped by opening the opening and closing switch 10 via the interlock device 50, emission is stopped.

以上説明した本実施形態においても１周期内における出射工程の時間を延長するように制御するので、ペンシルビームスキャニング方式によって出射工程中にビームの出射及び出射停止が繰り返し行われても、１周期内でのシンクロトロン４から出射されるビーム量を減少させることなく、ほぼ設定量に保つことができる。 And controls so as to extend the time of the emission process in one cycle in the present embodiment described above, be performed repeatedly emitted and extraction stop of the beam during the extraction step by the pencil beam scanning method, one cycle without reducing the beam quantity emitted from the synchrotron 4 in, it can be held substantially set amount.したがって、実施形態１及び実施形態２と同様に照射時間を短縮でき、単位時間当りの治療患者数を増加することができる。 Therefore, it is possible to shorten the irradiation time in the same manner as the first embodiment and the second embodiment, it is possible to increase the number of patients treated per unit time.

（実施形態４） (Embodiment 4)以上述べた実施形態１乃至３では加速器としてシンクロトロンを用いるようにしたが、本発明は加速器としてサイクロトロンを用いた荷電粒子ビーム出射装置にも適用することができる。 Was to use a synchrotron as accelerator in the embodiments 1 to 3 described above, the present invention can be applied to the charged particle beam extraction system using a cyclotron as an accelerator.このサイクロトロンを用いた荷電粒子ビーム出射装置を図１３を用いて説明する。 The charged particle beam extraction system using the cyclotron will be described with reference to FIG.

本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置は、実施形態２の荷電粒子ビーム出射装置においてイオンビーム発生装置１をイオンビーム発生装置１Ａに、高周波出力制御装置６３をイオン源出力制御装置６３Ａにそれぞれ替え、エネルギー変更装置１０１を新たに設けた構成を有する。 The charged particle beam extraction system of this embodiment, the ion beam generator 1 to the ion beam generator 1A in the charged particle beam extraction system of the second embodiment, instead each high-frequency output control unit 63 to the ion source output controller 63A, It has a configuration in which newly provided energy changing device 101.本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置の他の構成は実施形態２の荷電粒子ビーム出射装置の構成と同じである。 Another configuration of a charged particle beam extraction system of this embodiment is the same as that of the charged particle beam extraction system of the second embodiment.本実施形態でもＲＭＷを用いて照射野を形成し、照射を実施する照射装置１６を設けている。 The irradiation field is formed by using the RMW in the present embodiment is provided with the irradiation apparatus 16 for implementing the irradiation.

イオンビーム発生装置１Ａは、サイクロトロン（加速器）４Ａ、イオン源１０２、イオン源出力調整装置８Ａ、スイッチ９Ａ及びスイッチ１０Ａを有する。 Ion beam generator 1A includes a cyclotron (accelerator) 4A, an ion source 102, ion source output adjusting device 8A, the switch 9A and the switch 10A.サイクロトロン４Ａは加速装置（図示せず）を有する。 Cyclotron 4A has accelerator (not shown).また、エネルギー変更装置１０１は、サイクロトロン４Ａ付近でビーム輸送系２に設置される。 The energy changing device 101 is installed in the beam transport system 2 in the vicinity of the cyclotron 4A.エネルギー変更装置１０１は、イオンビームを通過させてエネルギーを損失させる板状の複数のディグレーダ（図示せず）、エネルギーの低くなったイオンビームを偏向する偏向電磁石（図示せず）、偏向電磁石通過後のイオンビームの一部分を切り出すアパーチャ（図示せず）等を備える。 Energy changing device 101 (not shown) the plate of the plurality of degrader to loss of energy by passing an ion beam (not shown) deflection electromagnet for deflecting the ion beam is lower in energy, bending electromagnets after passing comprising a like aperture for cutting out a portion of the ion beam (not shown).エネルギー変更装置１０１が有する複数のディグレーダは、複数のエネルギーを得るために、それぞれ厚みが異なっている。 A plurality of degrader of energy changing unit 101 has, in order to obtain a plurality of energy, have different thicknesses, respectively.イオンビームはディグレーダを通過することによってエネルギーが変更される。 Ion beam energy is changed by passing through the degrader.サイクロトロン４Ａは、イオン源１０２で生成されたイオンビームを加速装置（図示せず）によって加速して出射し続けるため、シンクロトロン４のように入射・加速・出射といった工程を持たない。 Cyclotron 4A is to continue to emit the accelerated by accelerator ion beam generated by the ion source 102 (not shown), no processes such incident, acceleration and emitted as synchrotron 4.サイクロトロン４Ａから出射されるイオンビームの強度の調整及びイオンビームの出射のＯＮ及びＯＦＦは、イオン源１０２の出力調整、及びＯＮ及びＯＦＦによって実施される。 ON and OFF of the emission of the adjustment and the ion beam intensity of the ion beam extracted from the cyclotron 4A is performed by the output adjustment, and ON and OFF of the ion source 102.

加速器制御装置６０は、イオン源出力調整装置８Ａの出力を制御するイオン源出力制御装置６３Ａを有する。 Accelerator controller 60 includes an ion source output controller 63A for controlling the output of the ion source output adjusting device 8A.スイッチ９Ａは、ＲＭＷ４０の回転に伴うビーム照射のＯＮ／ＯＦＦ信号を受け取りタイミングを制御するタイミング制御装置６２によって、ＯＮ／ＯＦＦされる。 Switch 9A is the timing control unit 62 which controls the receiving timing ON / OFF signals of the beam irradiation caused by the rotation of the RMW 40, the ON / OFF.スイッチ１０Ａは、照射線量の満了や各種インターロック条件によりビームを停止させるインターロック装置５０によってＯＮ／ＯＦＦされる。 Switch 10A is ON / OFF by the interlock device 50 for stopping the beam expiry and various interlock conditions dose.スイッチ９Ａ及びスイッチ１０Ａは、イオン源出力調整装置８Ａからイオン源１０２に入力される出力をＯＮ／ＯＦＦしてイオン源出力をＯＮ／ＯＦＦする機能を有する。 Switch 9A and the switch 10A has a function of ON / OFF of the ion source output an output to ON / OFF input from the ion source output adjusting device 8A to the ion source 102.

前述したように、照射制御装置７０の照射条件記憶部７２に記憶された照射条件中のＳＯＢＰには、ＲＭＷ４０の種類及びビーム照射領域情報（すなわちＲＭＷ４０のどの領域（回転角度）でビームをＯＮ／ＯＦＦするかという情報））が含まれている。 As described above, the SOBP during irradiation conditions stored in the irradiation condition storage unit 72 of the irradiation controller 70, RMW 40 type and beam-irradiation region information (i.e. ON the beam RMW 40 throat region (rotational angle) / information that OFF Suruka)) are included.このＳＯＢＰとＲＭＷ４０の種類及びビーム照射領域情報との関係については、予め計算及び実験等により求めてある。 The relationship between the SOBP and RMW40 type and beam-irradiation region information are obtained in advance by calculation and experiment.本実施形態４では実施形態２と同様に、イオン源出力制御装置６３Ａが照射条件中のＲＭＷ４０の照射開始角度情報及び照射停止角度情報に基づき、これらの情報からビーム照射信号のＯＮ時間の割合であるデューティａを算出する。 Similarly to Embodiment 2 In Embodiment 4, based on RMW40 irradiation start angle information and irradiation stop angle information in the ion source output controller 63A irradiation condition, a rate of the ON time of the beam irradiation signal from the information to calculate a certain duty a.なお、実施形態１と同様にタイミング制御装置６２がデューティａを算出し、それを入力するようにしてもよい。 The embodiments 1 and likewise the timing controller 62 calculates the duty a, may be input to it.イオン源出力制御装置６３Ａは、この算出したデューティａを元に、ある一定の期間内、例えばＲＷＭの回転１周期内に出射されるイオンビームの量が設定量になるようにイオン源出力調整装置８Ａの出力を増加させるように制御する。 Ion source output controller 63A, based on the duty a that this calculation is within the preselected period of time, for example RWM one rotation cycle the ion source output adjusting device such that the amount of the ion beam extracted reaches the set amount in the controlled so as to increase the output of 8A.

以上説明した本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置によれば、デューティａに応じてイオン源１０２からの出力を増加させるように制御させることにより、ＲＷＭ４０の１回転周期内にビームの出射及び出射停止が繰り返し行われる場合であっても、１回転周期内でのサイクロトロン４Ａから出射されるビーム量を減少させることなく、ほぼ設定量に保つことができる。 According to the charged particle beam extraction system of this embodiment described above, by controlling so as to increase the output from the ion source 102 in accordance with the duty a, emission and extraction stop of the beam in one rotation cycle of RWM40 even when is repeated, without reducing the beam quantity emitted from the cyclotron 4A within one rotation period can be kept substantially set amount.したがって、本実施形態は、実施形態１及び２と同様に照射時間を短縮できる。 Accordingly, this embodiment can shorten the irradiation time as in Embodiment 1 and 2.その結果、単位時間当りの治療患者数を増加することができる。 As a result, it is possible to increase the number of patients treated per unit time.

また本実施形態においても、荷電粒子ビーム出射装置の線量率を向上することができることを図１４を用いて説明する。 Also in the present embodiment will be described with reference to FIG. 14 to be able to increase the dose rate of the charged particle beam extraction system.本実施形態の照射においては、サイクロトロン４Ａから出射される出射ビームは周期的ではなくほぼ一定で、その出射電流値をＩ 0とするとＲＷＭの回転に応じてビーム照射をＯＮ／ＯＦＦしない場合の線量率Ｄ 0は電流値に比例し以下のように表すことができる（図１４(a)参照）。 In the irradiation of the present embodiment, the dose when the outgoing beam emitted from the cyclotron 4A is almost constant rather than periodic, not ON / OFF the beam in accordance with the emission current value to the rotation of the RWM When I 0 rate D 0 can be expressed as: proportional to the current value (see FIG. 14 (a)).

ＲＭＷの回転に応じたビームのＯＮ／ＯＦＦが行われてそのデューティがaであった場合に、本実施例を適用せずイオン源出力を変更しないまま照射を実施した場合には、線量率Ｄ ３はデューティaの比率のまま減少し下式のようになる（図１４(b)参照）。 If the duty was a by beam ON / OFF according to the rotation of the RMW is performed, when the irradiation without changing the ion source output without applying the present embodiment was conducted, the dose rate D 3 becomes the following equation decreases while a ratio of the duty a (see FIG. 14 (b)).

本実施例では、デューティaに応じてイオン源出力を増加させ出射ビーム電流値を増加させる、すなわち電流をI 0 /aとするため、線量率Ｄ 3 'はＲＭＷの回転に応じたビームのＯＮ／ＯＦＦが実施された場合と変わらず下式のように表され、 In this embodiment, increasing the extracted beam current value increases the ion source output in accordance with the duty a, i.e. to the current and I 0 / a, the beam ON dose rate D 3 'is in accordance with the rotation of the RMW / OFF is expressed by the following equation unchanged and if implemented,

本実施例の運転方法を適用しない場合の線量率Ｄ ３と適用した場合の線量率Ｄ 3 'の比率を求めると、下式のようになる。 When determining the ratio of the dose rate D 3 'in the case of applying the dose rate D 3 in the case of not applying the driving method of this embodiment is as the following equation.

上式よりわかるように、出線量率向上はデューティａに反比例し、デューティが小さくなるほど線量率が向上することになる。 As can be seen from the above equation, improved output dose rate is inversely proportional to the duty a, will be improved as the dose rate duty is reduced.

なお、本実施例においてイオン源出力の増加、すなわち電流値の増加は1/aとしたが、増加後の電流値I 0 /aがイオン源出力の上限値、出射電流値の上限値となる可能性もあるため、その場合には上限値での照射となる。 Incidentally, an increase in the ion source output in this embodiment, that is, the increase in current value was set to 1 / a, the current value I 0 / a after increasing the upper limit value, the upper limit value of the emission current of the ion source output since there is a possibility, the irradiation at the upper limit in the case.

本発明の第１実施形態の荷電粒子ビーム出射装置の全体概略構成を表す図である。 Is a diagram showing the overall schematic configuration of a charged particle beam extraction system of the first embodiment of the present invention.図１に示すＲＭＷの全体構造を表す斜視図である。 Is a perspective view showing the overall structure of the RMW shown in Fig.図２に示すＲＭＷの上面図であり、３種類のイオンビームの照射条件を示した図である。 Is a top view of the RMW shown in FIG. 2 is a diagram showing the irradiation conditions of the three types of ion beam.図３に示す３種類のビーム照射条件を時系列で示した図である。 It is a diagram showing a time-series three-beam irradiation conditions shown in FIG.図３に示す３種類のビーム照射条件により得られる線量分布を示す図である。 It shows the dose distribution obtained by three-beam irradiation conditions shown in FIG.図１に示すシンクロトロンの基本運転パターンを示す図である。 It is a diagram showing a basic operation pattern of the synchrotron shown in FIG.本発明の第１実施形態の荷電粒子ビーム出射装置におけるビーム照射手順を示すフローチャートである。 It is a flowchart illustrating a beam irradiation procedure in the charged particle beam extraction system of the first embodiment of the present invention.図１に示すシンクロトロンにおいて、出射工程中におけるビームＯＮ時間の割合に基づき出射工程時間を延長した運転パターンを示す図である。 In synchrotron shown in FIG. 1 is a diagram showing an operation pattern obtained by extending the emission process time based on the percentage of the beam ON time during the exit process.本発明の第１実施形態による線量率向上効果を説明するための図である。 It is a diagram for explaining the dose rate improving effect by the first embodiment of the present invention.シンクロトロンから得られるイオンビームの時間的変動がある場合に、出射用高周波電極に印加する高周波出力の時間変化の一例を示す図である。 If there is a time variation of the ion beam obtained from the synchrotron is a diagram showing an example of time change of the high frequency output to be applied to the extraction radiofrequency electrode.本発明の第２実施形態の荷電粒子ビーム出射装置の全体概略構成を表す図である。 Is a diagram showing the overall schematic configuration of a charged particle beam extraction system of the second embodiment of the present invention.本発明の第３実施形態の荷電粒子ビーム出射装置の全体概略構成を表す図である。 Is a diagram showing the overall schematic configuration of a charged particle beam extraction system of the third embodiment of the present invention.本発明の第４実施形態の荷電粒子ビーム出射装置の全体概略構成を表す図である。 Is a diagram showing the overall schematic configuration of a charged particle beam extraction system of the fourth embodiment of the present invention.第３の実施の形態の効果を説明するためのタイムチャートである。 Is a time chart for explaining the effects of the third embodiment.

Claims (10)

Translated from Japanese

荷電粒子ビームを照射装置から出射させる荷電粒子ビーム出射装置において、 The charged particle beam extraction system for emitting a charged particle beam from the irradiation device,前記荷電粒子ビームの入射、加速及び出射工程を含むパターン運転を周期的に行う加速器と、 An accelerator that performs incident of the charged particle beam, the pattern operation including acceleration and emission processes periodically,前記加速器から出射される前記荷電粒子ビームの量を変更するビーム出射量調整装置と、 A beam extraction intensity adjusting device for changing the amount of the charged particle beam emitted from the accelerator,前記加速器の出射工程中に前記荷電粒子ビームの出射停止が少なくとも１回行われる場合に、 前記加速器の出射工程中における出射時間と出射停止時間との比率に基づき、前記パターン運転の １周期内に前記加速器から出射される前記荷電粒子ビームの量が設定量となるように前記ビーム出射量調整装置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。 When the extraction stop of the charged particle beam during the extraction process of the accelerator is carried out at least once, based on a ratio of the emission time and emission downtime during emission process of the accelerator, in one cycle of the pattern operation the charged particle beam extraction system, characterized in that the amount of the charged particle beam emitted from the accelerator and a control device for controlling the beam extraction intensity adjusting device so as to set quantitative.

荷電粒子ビームを照射装置から出射させる荷電粒子ビーム出射装置において、 The charged particle beam extraction system for emitting a charged particle beam from the irradiation device,前記荷電粒子ビームの入射、加速及び出射工程を含むパターン運転を周期的に行う加速器と、 An accelerator that performs incident of the charged particle beam, the pattern operation including acceleration and emission processes periodically,前記加速器の出射工程の時間を変更する出射時間調整装置と、 An emission time adjustment device for changing the time of the accelerator exit step,前記加速器の出射工程中に前記荷電粒子ビームの出射停止が少なくとも１回行われる場合に、 前記加速器の出射工程中における出射時間と出射停止時間との比率に基づき、前記パターン運転の １周期内に前記加速器から出射される前記荷電粒子ビームの量が設定量となるように前記出射時間調整装置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。 When the extraction stop of the charged particle beam during the extraction process of the accelerator is carried out at least once, based on a ratio of the emission time and emission downtime during emission process of the accelerator, in one cycle of the pattern operation the charged particle beam extraction system, characterized in that the amount of the charged particle beam emitted from the accelerator and a control device for controlling the emission time adjustment device so as to set quantitative.

荷電粒子ビームを照射装置から出射させる荷電粒子ビーム出射装置において、 The charged particle beam extraction system for emitting a charged particle beam from the irradiation device,前記荷電粒子ビームの入射、加速及び出射工程を含むパターン運転を周期的に行う加速器と、 An accelerator that performs incident of the charged particle beam, the pattern operation including acceleration and emission processes periodically,前記加速器から出射される前記荷電粒子ビームの強度を変更するビーム強度調整装置と、 A beam intensity adjustment device for changing the intensity of the charged particle beam emitted from the accelerator,前記加速器の出射工程中に前記荷電粒子ビームの出射停止が少なくとも１回行われる場合に、 前記加速器の出射工程中における出射時間と出射停止時間との比率に基づき、前記パターン運転の １周期内に前記加速器から出射される前記荷電粒子ビームの量が設定量となるように前記ビーム強度調整装置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。 When the extraction stop of the charged particle beam during the extraction process of the accelerator is carried out at least once, based on a ratio of the emission time and emission downtime during emission process of the accelerator, in one cycle of the pattern operation the charged particle beam extraction system, characterized in that the amount of the charged particle beam emitted from the accelerator and a control device for controlling the beam intensity adjustment device so as to set quantitative.

前記加速器の出射工程中における出射時間と出射停止時間との比率に基づき、前記加速器の前記荷電粒子ビームの出射可能時間を設定する出射可能時間設定装置、前記加速器から前記荷電粒子ビームが出射された時間を積算する積算装置、及び前記積算した出射時間が前記設定した出射可能時間に到達したかどうかを判定する判定装置を有する前記制御装置を備えたことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子ビーム出射装置。 Based on the ratio of the emission time and emission downtime during emission process of the accelerator, extraction enable time setting device that sets the extraction enable time of the charged particle beam of the accelerator, the charged particle beam from the accelerator is emitted charged particles according to claim 2, wherein the integrated device for integrating the time, and the emission time was the integrated characterized by comprising the control device having a determination device whether reaches the extraction enable time and the setting beam extraction system.

前記判定装置により前記積算した出射時間が前記設定した出射可能時間に到達したと判定された場合に、前記加速器からの前記荷電粒子ビームの出射を停止させる出射停止装置を備えたことを特徴とする請求項４記載の荷電粒子ビーム出射装置。 When the emission time was the integration by the determination device is determined to have reached the extraction enable time to the set, characterized by comprising the charged particle beam extraction stop device for stopping the emission of from the accelerator the charged particle beam extraction system according to claim 4, wherein.

前記加速器の出射工程中における出射時間と出射停止時間との比率に基づき、前記加速器から出射される前記荷電粒子ビームの強度を設定するビーム強度設定装置、及び前記設定したビーム強度となるように前記加速器中を周回する前記荷電粒子ビームに印加する高周波出力を制御する高周波出力制御装置を有する前記制御装置を備えたことを特徴とする請求項３記載の荷電粒子ビーム出射装置。 Based on the ratio of the emission time and emission downtime during emission process of the accelerator, the beam intensity setting device for setting the intensity of the charged particle beam extracted from the accelerator, and the like serving as the set beam intensity the charged particle beam extraction system according to claim 3, characterized by comprising the control device having a high-frequency output control unit for controlling the high-frequency output to be applied to the charged particle beam circulating through the accelerator.

荷電粒子ビームの入射、加速及び出射工程を含むパターン運転を周期的に行う加速器から出射された前記荷電粒子ビームを照射装置から出射させる荷電粒子ビーム出射方法において、 Incidence of the charged particle beam, the acceleration and the charged particle beam extraction method for emitting the charged particle beam extracted pattern operation including the emission process from the periodically performed accelerator from the irradiation device,前記加速器の出射工程中に出射停止が少なくとも１回行われる場合に、 前記加速器の出射工程中における出射時間と出射停止時間との比率に基づき、前記パターン運転の １周期内に前記加速器から出射される前記荷電粒子ビームの量が設定量となるように制御することを特徴とする荷電粒子ビーム出射方法。 When the beam extraction stop during the extraction process of the accelerator is carried out at least once, based on a ratio of the emission time and emission downtime during emission process of the accelerator is emitted from the accelerator to one cycle of the pattern operation the charged particle beam extraction method the amount of the charged particle beam is characterized by controlling so as to set quantitative that.

荷電粒子ビームの入射、加速及び出射工程を含むパターン運転を周期的に行う加速器から出射された前記荷電粒子ビームを照射装置から出射させる荷電粒子ビーム出射方法において、 Incidence of the charged particle beam, the acceleration and the charged particle beam extraction method for emitting the charged particle beam extracted pattern operation including the emission process from the periodically performed accelerator from the irradiation device,前記加速器の出射工程中に出射停止が少なくとも１回行われる場合に、 前記加速器の出射工程中における出射時間と出射停止時間との比率に基づき、前記パターン運転の １周期内に前記加速器から出射される前記荷電粒子ビームの量が設定量となるように前記加速器の出射工程の時間を変更することを特徴とする荷電粒子ビーム出射方法。 When the beam extraction stop during the extraction process of the accelerator is carried out at least once, based on a ratio of the emission time and emission downtime during emission process of the accelerator is emitted from the accelerator to one cycle of the pattern operation the charged particle beam extraction method the amount of the charged particle beam and changing the time of the accelerator emitting step so that setting quantitative that.

荷電粒子ビームの入射、加速及び出射工程を含むパターン運転を周期的に行う加速器から出射された前記荷電粒子ビームを照射装置から出射させる荷電粒子ビーム出射方法において、 Incidence of the charged particle beam, the acceleration and the charged particle beam extraction method for emitting the charged particle beam extracted pattern operation including the emission process from the periodically performed accelerator from the irradiation device,前記加速器の出射工程中に出射停止が少なくとも１回行われる場合に、 前記加速器の出射工程中における出射時間と出射停止時間との比率に基づき、前記パターン運転の １周期内に前記加速器から出射される前記荷電粒子ビームの量が設定量となるように前記加速器から出射される前記荷電粒子ビームの強度を変更することを特徴とする荷電粒子ビーム出射方法。 When the beam extraction stop during the extraction process of the accelerator is carried out at least once, based on a ratio of the emission time and emission downtime during emission process of the accelerator is emitted from the accelerator to one cycle of the pattern operation the charged particle beam extraction method characterized by changing the intensity of the charged particle beam amount of the charged particle beam is extracted from the accelerator so as to set quantitative that.

荷電粒子ビームを照射装置から出射させる荷電粒子ビーム出射装置において、 The charged particle beam extraction system for emitting a charged particle beam from the irradiation device,前記荷電粒子ビームを周期的に出射・停止させる加速器と、 An accelerator for the charged particle beam periodically emitted-stop,前記加速器から出射される前記荷電粒子ビームの強度を変更するビーム強度調整装置と、 A beam intensity adjustment device for changing the intensity of the charged particle beam emitted from the accelerator,前記加速器から出射される荷電粒子ビームの出射停止がある周期内に行われる場合に、 前記加速器の出射時間と出射停止時間との比率に基づき、その周期内に前記加速器から出射される前記荷電粒子ビームの量が設定量となるように前記ビーム強度調整装置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。 When carried out in a period where there is extraction stop of the charged particle beam extracted from the accelerator, the charged particles based on said ratio of the emission time and emission stop time of the accelerator is emitted from the accelerator to the period beam quantities charged particle beam extraction device characterized by comprising a control device for controlling the beam intensity adjustment device so as to set quantitative.